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高能量密度鋰金屬電池（LMBs）具有成為下一代儲能器件的巨大前景。然而，它們的商業化進程由于低庫侖效率（CE）和由非均勻鋰沉積及可燃電解液引起的潛在安全危險而受到嚴重阻礙。

中南大學王海燕、唐有根、孫旦等提出了一種全新的超低濃度（0.3M）混合醚電解液（ULCE），以調節LMBs的電解液結構、可燃性和固體電解質間相（SEI）組成。

圖1. 電解液表征

在這種ULCE中，1, 2-二甲氧基乙烷（DME）被用作模型活性溶劑，阻燃的1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（HFE）作為一種惰性溶劑。得益于DME的高溶劑化能力和巨大的陽極穩定性以及大量惰性HFE的存在（94%體積），ULCE促進了Li⁺和陰離子之間的相互作用以及FSI^–的分解，生成了穩定的陰離子衍生的富無機SEI。

圖2. Li-Cu電池性能

基于這種電解液的設計，鋰金屬負極在2 mA cm^-2的電流密度和1 mAh cm^-2的循環容量下，在250次循環中表現出>99.3%的高平均鋰沉積/剝離CE，波動率低至0.6%。此外，與傳統的碳酸酯和醚類電解液相比，采用優化的ULCE的Li||Li₄Ti₅O₁₂（LTO）和Li||sulfur（S）全電池都顯示出優異的電化學性能。

此外，其他基于不同活性醚的ULCE，包括二甘醇二甲醚（G2）、三甘醇二甲醚（G3）、四甘醇二甲醚（G4）和四氫呋喃（THF），也表現出對LMB的類似提升。因此，這項工作不僅擴大了可用電解液的濃度范圍，并為調節電解液和SEI結構提供了新的指導方針，這也可以在其他高能量密度金屬電池中得到利用。

圖3. Li|| LTO全電池性能

Non-Flammable Ultralow Concentration Mixed Ether Electrolyte for Advanced Lithium Metal Batteries. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.07.014

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王海燕/唐有根/孫旦EnSM：不燃超低濃度醚基電解液助力先進鋰金屬電池！

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