固體電解質界面（SEI）的成分和結構對於鋰金屬電池（LMB）的穩定迴圈至關重要。LiF作為SEI的主要成分已被廣泛研究，但Li2O對Li+的擴散勢壘要低得多，因此以Li2O為主的SEI對電化學效能的影響仍然難以捉摸。
在此，
南方科技大學鄧永紅、池上森等人
設計了一種超強配位共溶劑化稀釋劑2,3-二氟乙氧基苯(DFEB)，旨在調節溶劑化結構並客製以Li2O為主的SEI，以獲得穩定的LMB。在基於DFEB的LHCE（DFEB-LHCE）中，DFEB集中參與第一個溶劑化殼層並與FSI-協同作用，以客製出以Li2O為主的富含無機物的SEI，這與傳統LHCE中形成的以LiF為主的SEI不同。
受益於這種特殊的SEI架構，Li||Cu半電池具有高達99.58%的庫侖效率(CE)、穩定的電壓分布、致密均勻的鋰沈積，以及有效抑制鋰枝晶的生長。
更重要的是，DFEB-LHCE可與LFP、NCM811、S等多種正極匹配，采用DFEB-LHCE的Li||LFP全電池在650次穩定迴圈後容量保持率為85%，CE為99.9%。特別地，1.5 Ah實用型鋰金屬軟包電池，在250次迴圈後容量保持率高達89%，平均CE高達99.93%。
圖1. DFEB-LHCE電解質的性質和溶劑化結構
總之，該工作透過低密度、低氟化、低成本的共溶劑化稀釋劑DFEB調節溶劑化結構，客製了以Li2O為主的富含無機物的SEI，DFEB是氟苯基稀釋劑中首次報道的超強配位共溶劑化稀釋液。DFEB作為一種共溶劑化稀釋劑參與第一個溶劑化殼層，形成AGGs和CIPs，將部份FSI-從AGGs中釋放出來，並透過偶極-偶極相互作用將DME與Li+更緊密地結合。
因此，DFEB-LHCE的SEI形成機制是稀釋劑和FSI-共衍生的SEI，這是一種以Li2O為主的富含無機物的SEI。這種獨特的SEI結構有效地降低了對Li+的表面擴散能壘，導致更低的成核過電位和更快的界面Li+轉移動力學。DFEB-LHCE不僅可用於LFP正極，也可用於NCM811和S正極，組裝的全電池具有優異的長期迴圈效能。特別是Li||LFP軟包電池在250次迴圈後的容量保持率為89%，極好的平均CE為99.93%。
因此，該項工作除了深入了解共溶劑化稀釋劑對溶劑化結構和SEI組成及其分布的影響外，也為Li2O在穩定鋰金屬負極方面的優越性提供了證據，並為適用於LMBs的電解質改性工程設計提供了獨特的方向。
圖2. 使用不同電解質的鋰金屬全電池的電化學效能
圖2. 使用不同電解質的鋰金屬全電池的電化學效能
Beyond LiF: Tailoring Li2O-Dominated Solid Electrolyte Interphase for Stable Lithium Metal Batteries,
ACS Nano
2024 DOI: 10.1021/acsnano.3c07038
