锂金属电池（LMBs）因其理论能量密度显著高于常规LIBs，被视为下一代电池技术的有力候选者。LMBs采用锂金属作为负极材料，能够显著提升电池的能量存储能力，满足未来高性能应用的需求。然而，高电压LMBs在快充和低温环境下的极端操作，常导致电解液不稳定和锂枝晶生长，成为锂电池安全性风险的主要隐患。
此外，具有适当Li+配位环境的DEE表现出较低的迁移势垒和较高的局部Li+传输速率，使得LiFePO4||Li电池在10 C倍率快速充电下，500次循环后容量保持率为95.1%。将其匹配LiNi0.88Co0.07Mn0.05O2||Li电池在4.5V下循环稳定性良好，500次循环后容量保持率为81.0%，并且在4.5V LiCoO2||Li和4.8V Li1.13Mn0.517Ni0.256Co0.097O2||Li电池中具有出色的相容性。
图1. 不同DEEs的电化学性能
总之，该工作开发了一种仅由PES和LiTFSI组成的高安全性磺酸盐基DEE，实现了LMBs在宽温度范围内的高倍率性能和长循环性能。结果显示，通过调节PES与LiTFSI的摩尔比，可以共同调控分子间的F···H和Li···O配位相互作用，进而在二元体系中获得独特的Li⁺-PES-TFSI⁻配位结构。当PES与LiTFSI摩尔比为2.50∶1的DEE在25℃时展现出5.63×10⁻⁴ S cm-1的离子电导率以及0.58的锂离子迁移数。基于LFP的LMBs在10 C快速充电下能够稳定循环超过500次，容量损失仅为4.9%。此外，增强的α-H···F配位赋予了DEE较宽的电化学稳定窗口，并显著提高了4.5V NCM||Li电池的循环稳定性。在其他高压体系中也观察到了类似的结果。因此，该工作为构建用于快充高压LMBs的先进深共晶电解液提供了一种合理的设计思路。
图2. 电池性能
Coordination Regulation Enabling Deep Eutectic Electrolyte for Fast-Charging High-Voltage Lithium Metal Batteries， Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202413654