固体电解质界面（SEI）的成分和结构对于锂金属电池（LMB）的稳定循环至关重要。LiF作为SEI的主要成分已被广泛研究，但Li2O对Li+的扩散势垒要低得多，因此以Li2O为主的SEI对电化学性能的影响仍然难以捉摸。
在此，
南方科技大学邓永红、池上森等人
设计了一种超强配位共溶剂化稀释剂2,3-二氟乙氧基苯(DFEB)，旨在调节溶剂化结构并定制以Li2O为主的SEI，以获得稳定的LMB。在基于DFEB的LHCE（DFEB-LHCE）中，DFEB集中参与第一个溶剂化壳层并与FSI-协同作用，以定制出以Li2O为主的富含无机物的SEI，这与传统LHCE中形成的以LiF为主的SEI不同。
受益于这种特殊的SEI架构，Li||Cu半电池具有高达99.58%的库仑效率(CE)、稳定的电压分布、致密均匀的锂沉积，以及有效抑制锂枝晶的生长。
更重要的是，DFEB-LHCE可与LFP、NCM811、S等多种正极匹配，采用DFEB-LHCE的Li||LFP全电池在650次稳定循环后容量保持率为85%，CE为99.9%。特别地，1.5 Ah实用型锂金属软包电池，在250次循环后容量保持率高达89%，平均CE高达99.93%。
图1. DFEB-LHCE电解质的性质和溶剂化结构
总之，该工作通过低密度、低氟化、低成本的共溶剂化稀释剂DFEB调节溶剂化结构，定制了以Li2O为主的富含无机物的SEI，DFEB是氟苯基稀释剂中首次报道的超强配位共溶剂化稀释液。DFEB作为一种共溶剂化稀释剂参与第一个溶剂化壳层，形成AGGs和CIPs，将部分FSI-从AGGs中释放出来，并通过偶极-偶极相互作用将DME与Li+更紧密地结合。
因此，DFEB-LHCE的SEI形成机制是稀释剂和FSI-共衍生的SEI，这是一种以Li2O为主的富含无机物的SEI。这种独特的SEI结构有效地降低了对Li+的表面扩散能垒，导致更低的成核过电位和更快的界面Li+转移动力学。DFEB-LHCE不仅可用于LFP正极，也可用于NCM811和S正极，组装的全电池具有优异的长期循环性能。特别是Li||LFP软包电池在250次循环后的容量保持率为89%，极好的平均CE为99.93%。
因此，该项工作除了深入了解共溶剂化稀释剂对溶剂化结构和SEI组成及其分布的影响外，也为Li2O在稳定锂金属负极方面的优越性提供了证据，并为适用于LMBs的电解质改性工程设计提供了独特的方向。
图2. 使用不同电解质的锂金属全电池的电化学性能
图2. 使用不同电解质的锂金属全电池的电化学性能
Beyond LiF: Tailoring Li2O-Dominated Solid Electrolyte Interphase for Stable Lithium Metal Batteries,
ACS Nano
2024 DOI: 10.1021/acsnano.3c07038
