Angew. Chem. ：阴离子增强的溶剂化结构助力锂氧气电池金属负极高稳定性

锂氧气电池具有超高理论能量密度（~3,500 Wh kg -1），有望应用于下一代电动汽车和航空航天领域的储能装置。合理的催化剂设计，有助于解决正极氧化还原动力学缓慢的问题，但是负极一侧仍然缺乏能与锂金属适配的电解液。电解液的稳定性与锂离子溶剂化结构密切相关。长碳链醚类溶剂，因其高稳定性和低挥发性，被广泛用于锂氧气电池。然而，其溶剂化结构内阳离子与醚类溶剂过强的螯合作用，造成负极动力学缓慢且副反应增多。不可逆锂沉积/剥离导致循环过程中不可控的锂枝晶生长，快速耗尽有限的锂金属负极并造成安全隐患。因此，调控电解液溶剂化结构，构建稳定的固体电解质界面膜（SEI），加快界面脱溶剂化动力学，对锂氧气电池负极稳定性的提升具有重要意义。
近日，南开大学李福军教授团队提出了一种基于四乙二醇二甲醚（G4）的三氟乙酸锂（LiTFA）和双（三氟甲磺酰基）亚胺锂（LiTFSI）的双盐电解液体系，成功构建了阴离子增强的溶剂化结构，在沉积过程中实现了独特的阴离子负极迁移。无机组分为主的SEI形成源自于负极阴离子的优先分解，其有效抑制了枝晶生长并提升了库伦效率，在使用有限锂源作为负极的条件下，显著提高了锂氧气电池的循环稳定性。
 
 
各种表征技术结合密度泛函理论分析，LiTFA加入LiTFSI/G4单盐电解液后，锂离子与G4的螯合作用减弱而与阴离子作用增强。随着更多的TFA-阴离子参与配位，G4在溶剂化结构中的结合能逐渐降低，因此锂离子在溶液中的迁移能力提升。分子动力学模拟表明锂沉积过程中，TFA–与TFSI–的运动方向相反，TFA–更倾向于迁移到负极界面，这有助于阴离子发生分解反应并参与界面保护膜构筑。XPS测试表明，在双盐电解液中循环生成的SEI，富含更多阴离子分解的无机产物。多种电化学测试进一步证实，阴离子增强的溶剂化结构降低了去溶剂化能垒，加快了界面反应动力学。论文信息Solvation Structure with Enhanced Anionic Coordination for Stable Anodes in Lithium-Oxygen Batteries
Yaohui Huang, Jiarun Geng, Zhuoliang Jiang, Meng Ren, Bo Wen, Jun Chen, and Fujun Li*
文章第一作者为南开大学的硕士研究生黄耀辉
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202306236