亥姆霍兹研究所AM：采用局部浓缩离子液体电解质增强锂金属电池的电极/电解质界面

具有富镍正极的锂金属电池（LMB）是下一代高能量密度电池有希望的候选者，但缺乏保护性的电极/电解质界面（EEI）限制了它们的可循环性。

在此，德国亥姆霍兹研究所Stefano Passerini团队提出三氟甲氧基苯作为局部浓缩离子液体电解质（LCILEs）的助溶剂来增强EEI。通过对纯离子液体电解质（ILE）和使用氟苯、三氟甲苯或三氟甲氧基苯作为共溶剂的三种LCILE的比较研究，发现连接在共溶剂苯环上的氟化基团不仅影响电解质的离子导电性和流动性，而且通过调节1-乙基-3-甲基咪阳离子和双（氟磺酰基）酰亚胺阴离子的贡献来调节EEI的组成。

其中三氟甲氧基苯作为最佳共溶剂，使用5 mAh cm⁻²锂金属负极（LMAs）、21 mg cm⁻² LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05（NCA）正极和4.2μL mAh⁻¹电解质使LMB稳定循环150次，显著的容量保持率为71%。相反，基于氟苯和三氟化苯的纯ILE和LCILE在相同条件下的容量保持率分别仅为16%、46%和18%。

图1. 溶剂化结构

总之，该工作通过制备了BnF、BnCF和BnCOF三种不同共溶剂的LCILE，并系统地比较了它们的物理性质、溶液结构、电化学性能以及EELS。不同的氟化基团的苯基共溶剂影响LMA的可逆性。然而，FSI^–的大量沉积和不完全分解对LMAs和NCA正极的界面稳定性产生了负面影响，而EMIM^–衍生的物种可在两个电极上形成保护性更强的界面层。

因此，采用BnOCF的LCILE作为共溶剂可在LMA上形成保护SEI，特别是在NCA正极上形成富含Emim^–衍生物种的均匀CEI，进而可广泛用于实际的LMB中。

图2.电池性能

Reinforcing The Electrode/Electrolyte Interphases of Lithium Metal Batteries Employing Locally Concentrated Ionic Liquid Electrolytes, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202309062