鋰（Li）金屬電池作為下一代儲能器件備受關(guān)注。然而，鋰金屬負極的實用化受到循環(huán)壽命差的阻礙，由于不可控的鋰/電解質(zhì)副反應(yīng)以及由此產(chǎn)生的不穩(wěn)定且脆弱的固體電解質(zhì)界面（SEI）。隨后，SEI開裂、鋰枝晶生長和形成“死鋰”等問題引發(fā)惡性循環(huán)，導(dǎo)致鋰不可逆消耗，最終使電池失效。

電解液工程被認為是一種具有成本效益且實用的手段來解決根本原因，即鋰金屬負極和電解質(zhì)之間無法控制的副反應(yīng)。通過微調(diào)電解液的成分，可調(diào)控SEI化學(xué)組分和Li形貌來提高鋰金屬的可循環(huán)性。已有幾種有前景的策略，包括高濃度電解質(zhì)、局部高濃度電解質(zhì)、混合溶劑、添加劑、液化氣電解質(zhì)、雙鹽雙溶劑電解質(zhì)和單鹽單溶劑電解質(zhì)。

為了實現(xiàn)實用的鋰金屬或無負極電池，電解液應(yīng)同時滿足如下幾個關(guān)鍵的要求。首先，包括初始循環(huán)在內(nèi)的高庫侖效率（CE），即鋰金屬負極的快速活化；第二，負極穩(wěn)定性，避免正極腐蝕；第三，貧電解液和存鋰容量有限等的實際工作環(huán)境下，電解液消耗少；第四，合適的鋰鹽濃度，具有成本效益；最后，高沸點以及沒有任何放氣問題，以確?？杉庸ば院桶踩浴?/p>

除了上述要求外，實際循環(huán)倍率另一個關(guān)鍵參數(shù)是高離子電導(dǎo)率。已有報道使用弱溶劑化的溶劑來改善鋰金屬穩(wěn)定性。然而，溶劑化不足會導(dǎo)致離子聚集、離子運動不良和鹽溶解度低，導(dǎo)致離子電導(dǎo)率低。因此，需要微調(diào)溶劑的溶劑化程度來同時實現(xiàn)鋰金屬的循環(huán)性、氧化穩(wěn)定性和電解液的離子電導(dǎo)率。

這項工作系統(tǒng)地研究了一系列易于大規(guī)模合成的用作電解液溶劑的氟化1,2-二乙氧基乙烷（氟化DEE）分子。通過在1,2-二乙氧基乙烷（DEE，不同于二乙醚）上的選定位置迭代調(diào)整用不同數(shù)量的氟（F）原子官能化，以達到 CE、氧化穩(wěn)定性和離子傳導(dǎo)之間的平衡。與1.2 M雙（氟磺?；﹣啺蜂嚕↙iFSI）搭配使用，基于氟化DEE的單鹽單溶劑電解質(zhì)被完全表征，其Li+-溶劑結(jié)合能和幾何形狀(來自密度泛函理論(DFT)計算)，溶劑化環(huán)境(來自溶劑化自由能測試，7鋰核磁共振(NMR)、分子動力學(xué)模擬和擴散有序光譜(DOSY)和電池的結(jié)果(測得的離子電導(dǎo)率和電池過電位)是密切相關(guān)的。

上述研究得出了一個意想不到的發(fā)現(xiàn)：部分氟化的局部極性-CHF2基團比完全氟化的-CF3具有更高的離子傳導(dǎo)性，同時仍保持出色的電極穩(wěn)定性。具體而言，性能最佳的F4DEE和F5DEE溶劑均含有-CHF2基團。除了高離子電導(dǎo)率和低且穩(wěn)定的過電位外，還實現(xiàn)了大約99.9%的CE（波動為±0.1%）以及快速活化，即Li|| 銅(Cu)半電池的CE從第二個周期開始達到>99.3%。由于適量氟化的氧化穩(wěn)定性，也抑制了鋁(Al)腐蝕。這些特性可在薄鋰（50-μm厚）||高負載-NMC811（LiNi0.8Mn0.1Co 0.1O2，大約4.9 mAh cm-2）全電池中實現(xiàn)大約270次循環(huán)和無負極Cu||微粒-LFP (LiFePO4，大約2.1 mAh cm-2)工業(yè)軟包電池>140次快速循環(huán)，這兩種電池都是最佳的性能。

總的來說，這項研究成果成功研究了一系列用于鋰金屬電池的氟化-DEE基電解質(zhì)，其中部分氟化的-CHF2基團是合理化的選擇。所開發(fā)的電解液，尤其是F4DEE和 F5DEE，同時具有高離子電導(dǎo)率、低且穩(wěn)定的界面?zhèn)鬏敗⒖芍噩F(xiàn)的高鋰金屬效率（對于Li||Cu半電池中的1.2 M LiFSI/F5DEE，高達99.9 %，波動僅為±0.1% )、創(chuàng)紀錄的快速活化（Li||Cu 半電池的第二個循環(huán)內(nèi)CE > 99.3%）和高電壓穩(wěn)定性。這些特性使鋰金屬電池和無負極軟包電池在貧電解質(zhì)和真實測試條件下具有較長的循環(huán)壽命。全面的形態(tài)學(xué)表征和SEI觀察揭示了扁平的Li沉積以及理想的陰離子衍生的SEI。Li+-溶劑配位、溶劑化結(jié)構(gòu)和電池性能進行了交叉驗證，并理清了它們之間的相關(guān)性。該工作強調(diào)了鋰金屬電池電解液研究中關(guān)鍵但研究較少的方向，即快速離子傳導(dǎo)。通過微調(diào)溶劑的溶劑化能力來實現(xiàn)快速離子傳導(dǎo)和電極穩(wěn)定性之間的平衡是至關(guān)重要的，而分子設(shè)計和合成工具在其中發(fā)揮著重要作用。相信合理的分子水平設(shè)計和化學(xué)合成可以賦予電解液在未來發(fā)現(xiàn)更多的機遇。