Nature Energy：突破业内共识，无氟含氧电解液为锂电财富赋能 – 质料牛

一、突破【迷信布景】 

在锂金属电池中，业内液固体电解质界面层（SEI）在晃动锂金属负极以及克制界面副反映方面起着关键的共识熏染。个别以为SEI搜罗有机相以及有机相，无氟有机相主要有氟化锂(LiF)、含氧氧化锂(Li₂O)、电解碳酸锂(Li₂CO₃)以及氮化锂(Li₃N),锂电取决于盐；有机相主要搜罗有机盐以及聚/低聚物，取决于溶剂。财富

LiF被以为是质料SEI的关键组分，有助于实现高库伦功能，突破导致实现锂金属界面氟化成为主要的业内液电解质想象合计。LiF具备化学惰性、共识高机械强度、无氟低电子电导率以及高界面能，含氧因此被以为是电解事实的SEI相。可是，LiF也是Li⁺传输的较高电阻相之一。此外，越来越多的证据质疑LiF在SEI中是否具备清晰的化学优势，这匆匆使人们更深入地钻研哪些相提供了主要的SEI功能。

Li₂O是SEI的所有模子形貌中泛起的第二个主要相组分。可是，在锂金属电池中，Li₂O受到的关注较少，特意是与LiF比照。作者以前审核到，在锂箔上妨碍的全Li₂O SEI的Li⁺电导率比全LiF SEI高约两倍，因此反对于相对于更平均的Li⁺通量，因此Li₂O更有利于Li⁺在SEI中的传输。

二、【立异下场】

克日，麻省理工学院钻研职员进一步证明了Li₂O在SEI中起到了关键熏染，有助于实现锂金属电池的高库伦功能。钻研职员发现Li₂O与高库仑功能之间存在强烈的正相关关连，比LiF的相关性更强；并运用Li₂O的有利熏染，乐成缔造了残缺无氟的电解液，实现为了逾越99%的库仑功能，为电解液妄想提供了新的策略。此外，Cryo-HRTEM表征服从表明，Li₂O在SEI中的扩散以及形态对于锂金属负极的功能有紧张影响。

图1（a）差距电解液的库仑功能。（b）差距电解液中的溶剂物种以及盐的示例。（c）差距电解液中SEI/Li⁰残留物的归一化丈量值。（d）差距电解液中SEI/Li⁰残留物归一化丈量值的积攒展现。© 2023 Springer Nature

作者钻研了差距的电解液系统的库伦功能，库伦功能较高（个别大于 90%）的电解质中，SEI由Li₂O主导。

图2（a）电解液中电镀锂聚积形态的低倍率图像。（b）淘汰的界面图像。（c）挨近界面的选区电子衍射（SAED）丈量。（d）SEI内晶体妄想的HRTEM图像。（e）在1.37M LiFSI 7TTE/3DMC LHCE电解液中的锂聚积的低倍率图像。（f）SEI的SAED。（g）SEI中的晶体相的HRTEM图像。（h）所示红色地域的傅里叶变更。（i）镀锂电极中-SO₂F以及LiF的¹⁹F-NMR丈量。© 2023 Springer Nature

作者运用Cryo-HRTEM技术对于差距电解液中组成的SEI中的Li₂O的宏不雅妄想妨碍了详细的表征。经由在高温条件下对于样品妨碍成像，Cryo-HRTEM可能提供SEI中Li₂O颗粒的空间扩散以及晶体妄想信息。作者揭示了Li₂O在高高库伦功能电解液中组成的平均且有序的纳米妄想，发现了平均的约5-10 nm Li₂O层，其倾向与SEI概况平行，这对于清晰其在后退电池功能中的熏染至关紧张。

图3（a）0.5 M以及1.37 M LiFSI TTE/ DMC中所有电解液成份的散漫性，揭示了DMC-Li⁺-FSI⁻配位壳层的组成。（b）在LiFSI 7TTE/3DMC（TTE/DMC (v/v:7/3)）电解液中，随着盐浓度从0.5 M削减到1.37 M，第一周期容量损失以及库伦功能。（c）盐衍生SEI相以及溶剂衍生SEI相的量。（d）在0.5 M以及1.37 M电解液中，电极残留物消融在H₂O后的¹⁹F-NMR。© 2023 Springer Nature

图4无氟高库伦功能电解液的妄想。（a）库伦功能测试。（b）总结了LiBF₄、LiPF₆、LiClO₄以及LiNO₃作为盐的LHCE的库伦功能。（c）选定电解液中Li₂O或者LiF的归一化含量。© 2023 Springer Nature

最后，作者妄想了残缺无氟、富氧的电解液，证明了可能发生富含Li₂O、不含LiF的SEI的电解液（1 M LiClO₄DOL/DME+3 wt% LiNO₃系统可能实现99.1%的库伦功能）是基于LiFSI的部份高浓度电解液（LHCE）的一种有前途的替换品；尽管LiFSI基电解液的可能实现99.3%的库伦功能，可是由于其高氟含量，个别具备侵蚀性以及毒性。由于非氟化醚在正极电位下的不晃动性、与LiClO₄等强氧化性盐相关的清静下场以及溶剂粘度导致的有限高倍率功能，本文陈说的特定电解液混合物对于全电池而言并不事实，这些挑战匆匆使对于非氟化但正极晃动的盐以及溶剂妨碍进一步钻研。

该钻研实现为了一种高库伦功能的锂金属电池，以“High lithium oxide prevalence in the lithium solid–electrolyte interphase for high Coulombic efficiency”为题宣告在国内顶级期刊Nature Energy上，引起了相关规模钻研职员热议。

三、【迷信开辟】

综上所述，本文证明了Li₂O在SEI中的关键熏染，残缺无氟、富氧的电解液有助于实现富含Li₂O的SEI，可能使患上锂金属电池的库伦功能突破99%。这种富含Li₂O的SEI妄想为高库伦功能电解质开拓了一个未经探究的妄想空间。随着锂电财富上谋求替换操作以前多少十年电解质睁开的高尚、有毒的氟化妄想，转向更可不断的未复电池妄想方式，这种道路变患上越来越紧张。

原文概况：Hobold, G.M., Wang, C., Steinberg, K. et al. High lithium oxide prevalence in the lithium solid–electrolyte interphase for high Coulombic efficiency. Nat Energy (2024). https://doi.org/10.1038/s41560-024-01494-x

本文由景行撰稿