【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，大連化物所燃料電池研究部先進(jìn)二次電池研究組(DNL0306組)陳劍研究員團(tuán)隊(duì)在鋰金屬電池電解液設(shè)計(jì)方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)提出了一種通過“競爭配位”調(diào)控鋰離子溶劑化結(jié)構(gòu)的電解液設(shè)計(jì)策略，為構(gòu)筑高穩(wěn)定性金屬鋰負(fù)極提供了新途徑。
 

　　金屬鋰負(fù)極是高比能電池的關(guān)鍵材料。然而，鋰負(fù)極在循環(huán)中面臨嚴(yán)重的界面副反應(yīng)與枝晶生長等問題，制約其實(shí)際應(yīng)用。電解液中鋰離子的去溶劑化行為直接決定了界面反應(yīng)路徑和固體電解質(zhì)界面層(SEI)的組成與結(jié)構(gòu)。因此，精準(zhǔn)調(diào)控Li?的溶劑化結(jié)構(gòu)，是引導(dǎo)界面良性演化和抑制枝晶的重要手段。
 

　　傳統(tǒng)策略依賴高濃度含氟組分在電極表面被動(dòng)形成保護(hù)膜。在本工作中，團(tuán)隊(duì)提出一種主動(dòng)“剪裁”鋰離子溶劑化鞘層的新方法，設(shè)計(jì)了一種三元溶劑，以氟代碳酸乙烯酯(FEC)和甲基三氟乙基碳酸酯(FEMC)為基礎(chǔ)溶劑，創(chuàng)新性地引入具有更強(qiáng)Li?配位能力的碳酸二甲酯(DMC)作為溶劑化結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑。兩種氟化溶劑對(duì)Li+的配位能力較弱，單獨(dú)使用時(shí)Li+的溶劑化鞘層穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致氟化溶劑分子在鋰負(fù)極界面發(fā)生不可控分解反應(yīng)。憑借與Li+更強(qiáng)的配位能力，DMC在競爭配位中優(yōu)先占據(jù)鋰離子的第一溶劑化鞘層，重構(gòu)了鋰離子的溶劑化結(jié)構(gòu)。當(dāng)鋰離子在負(fù)極表面發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移時(shí)，DMC優(yōu)先于氟化溶劑發(fā)生解離，從而抑制了FEC、FEMC在負(fù)極界面的過度分解，從源頭調(diào)控了界面化學(xué)反應(yīng)路徑。
 

　　這一溶劑化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了界面性能的改善。實(shí)驗(yàn)表明，采用FEC-FEMC-DMC三元電解液的鋰—銅半電池，其循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)于不添加DMC的全氟電解液。界面分析顯示，該機(jī)制促使鋰負(fù)極表面原位生成了一種層狀、富含LiF的有序SEI。該SEI具有較高的界面能和機(jī)械穩(wěn)定性，可抑制鋰枝晶生長，并改善界面處鋰離子的輸運(yùn)動(dòng)力學(xué)。
 

　　該工作無需依賴昂貴的全氟化溶劑，僅通過調(diào)控不同溶劑組分對(duì)鋰離子的競爭配位關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電極/電解液界面化學(xué)的定向調(diào)控。這一“以競爭促調(diào)控”的設(shè)計(jì)理念，為下一代高性能鋰金屬電池電解液的理性設(shè)計(jì)提供了新思路。
 

　　相關(guān)研究成果以“Tailoring Li+ Solvation Chemistry via Non-Fluorinated Co-Solvent in Fluorinated Electrolytes for High Performance Li-SPAN Batteries”為題，發(fā)表在《儲(chǔ)能材料》(Energy Storage Materials)上。該研究工作的第一作者為DNL0306組已畢業(yè)博士朱圣東。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。(文/圖 邵欽君)
 

　　引用：我所提出競爭配位策略調(diào)控鋰金屬電池中鋰離子溶劑化結(jié)構(gòu) 大連化學(xué)物理研究所 【引用時(shí)間：2026年7月27日】