中年|周豪慎：去溶剂化锂离子组成的新型液态电解液助力高比能锂金属电池( 三 ) |锂离子|电解液|

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▲图4
通过使用“Li+去溶剂化的醚基电解液”可实现循环后的NCM-811表面无正极电解质界面层（无CEI）。 (A ， B)使用“Li+去溶剂化的醚基电解液”循环后的NCM-811正极颗粒表面无明显CEI层同时材料维持良好的层状结构。这表明，没有溶剂分子在正极材料表面分解。 (C ， D)使用“Li+溶剂化的醚基电解液”(1M LiTFSI-DOL/DME) 循环后的NCM-811正极颗粒虽然液能够维持稳定的层状结构，但正极颗粒表面被厚的CEI层覆盖。 (E ， F)使用商业化碳酸酯电解液(1M LiPF6-EC/DMC ， “Li+溶剂化的碳酸酯基电解液”)循环后的NCM-811正极颗粒被不均匀的CEI层覆盖，同时材料内部出现无序的岩盐结构(Rock-salt) 。这是由于溶剂化锂离子的插入和在去溶剂化过程中生成的高能溶剂分子在正极表面分解而共同作用的结果。（G）循环后电解液的1H NMR分析结果显示，与“Li+溶剂化的醚基电解液”和“Li+溶剂化的碳酸酯基电解液”相比，使用“Li+去溶剂化的醚基电解液”的NCM-811//Li电池中的电解液分解问题得到大大抑制。
结论
通过将锂离子的去溶剂化过程提前从高反应活性的电极表面转移到稳定且绝缘的金属有机框架（MOF）孔道内（ZIF-7, 2.9 ）， Li+与溶剂(DME)之间的相互作用被MOF的小孔窗口阻断，最终获得了特殊的“Li+去溶剂化的（醚基）电解液” 。该电解液由非活性的“冷冻状”溶剂分子和去溶剂化后的锂离子与阴离子构成的类晶体状盐溶质组成。通过此电解液设计策略，该醚类电解液的电化学窗口被拓宽到4.5 V 。基于此“Li+去溶剂化的（醚基）电解液” ，我们成功地开发出稳定的高比能NCM-811//Li电池（半电池：在830次循环后容量保持约140 mAh g-1全电池：在两倍过量锂的情况下， 200次循环后容量保持在170 mAh g-1）。该研究为高比能锂金属电池电解液的开发提供新思路。
论文作者团队介绍

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周豪慎
教授
日本国立筑波大学和日本产业技术综合研究所（AIST）联合培养博士生常智（Zhi Chang）和日本产业技术综合研究所（AIST）的乔羽博士（Yu Qiao）为本文第一作者，周豪慎教授为本文通讯作者。该课题组长期致力于锂/钠离子电池，锂空气电池，锂硫电池和固态电池的研究和开发。已在Nature Energy Nature Catalysis Joule Energy Environment Sci. JACS Angew. Chem. Int. Ed. Nature Commun. Adv. Mater. Adv. Energy Mater.等学术刊物上发表论文多篇。该团队近年来在MOFs材料在储能电池中的应用方面也开展了工作，包括：Nature Energy ， 1, 16094 (2016)；Joule, 2018, 2, 2117-2132；Joule, 2019, 3, 1–16 Joule, 2020 ，10.1016/j.joule.2020.06.011 Angew. Chem. Int. Ed., 2020, https://doi.org/10.1002/anie.202001844 Adv. Energy Mater. 2018, 1801120；ACS Energy Lett. 2018, 3, 463-468；Energy Environ. Sci., 2020, 13, 1197-1204 ，Energy Environ. Sci., 2019, 12, 2327-2344；Energy Storage Materials 2020, 25, 164-171等。