可充电锂金属电池(LMBs)是下一代应用中最有前途的高能量密度电池技术之一。然而，不稳定的锂金属负极和枝晶形成会引发快速的容量衰减和安全风险，阻碍了LMBs的应用。构建LiF-rich SEI已被普遍认为是实现均匀锂沉积/剥离和抑制锂枝晶生长的关键。由于其高杨氏模量、高表面能和丰富的锂离子通量，LiF-rich SEI可以有效地分散局部电流，以均匀且低体积的方式调节锂成核，减少苔藓状枝晶生长的趋势。创建LiF-rich SEI的努力主要集中在提高电解液中的F含量。使用高浓度电解液(HCE)和局部高浓度电解液(LHCE)可以原位形成富含LiF的SEI，但其高成本极大地限制了其可行性。相反地，在RCEs中引入含氟添加剂(< 10 vol. %)(记为F-additive)似乎是一个更好的方法。
理想的F-additive，应符合如下三大指标，即高F/C摩尔比(更有可能增强锂金属界面处LiF的形成);兼容RCEs(溶解于电解液中而不发生分离);低LUMO(实现完全还原和在最初的几个循环中快速成膜)。然而，目前的主要瓶颈是当前的F-additive难以同时满足上述三个指标。例如，FEC是一种良好的SEI成膜添加剂，但其F/C摩尔比(0.33:1)较低。氟化醚溶剂，如HFE、TFETFE等，虽然具有高F/C摩尔比，但在电化学上对Li+配位和F分解表现为惰性，因此它们迄今为止只被开发为稀释剂。鉴于配位溶剂中轨道能级的变化，具有高F/C摩尔比的全氟取代的酸酐可以被视为理想的F-additive候选。Lucht等人在早期报道中证明，氟化酸酐添加剂能够参与SEI的形成，但SEI中的LiF含量并未如预期那样提高[J. Electrochem. Soc. 167, 110506 (2020)]。这种现象主要是由于氟化酸酐的高化学稳定性。因此，调整全氟取代酸酐的C−F键使其更容易断裂和还原，是开发F-additive的关键，但相关研究很少被报道。
图1. 选定的F-additive工作机制及其与LNO的协同效应
在此，上海交通大学变革性分子前沿科学中心梁正课题组研究了一系列具有不同F/C摩尔比的氟化添加剂，并证明了六氟戊二酸酐(F6−0)在常规碳酸酯电解液(RCEs)中形成LiF-rich SEI方面具有最佳潜能。为了改善F6
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“上海交大《Nature》子刊：含氟电解液添加剂的筛选策略” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：上海交大
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2025年06月20日 ~ 22日 
