澳门金沙娱乐城官网-金沙官网

近日，北京理工大學前沿交叉院黃佳琦教授課題組在認識共溶劑調控溶劑化結構及鋰金屬界面生成機理方面取得了重要進展。該研究成果以《Non-Solvating and Low-Dielectricity Cosolvent for Anion-Derived Solid Electrolyte Interphases in Lithium Metal Batteries》為題在線發(fā)表在化學類頂級國際期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》（《德國應用化學》，影響因子12.959）。本文的通訊作者為北京理工大學前沿交叉院黃佳琦教授，共同第一作者分別為北京理工大學材料學院/前沿交叉院碩士研究生丁俊凡、博士研究生許睿。

金屬鋰具有極高的理論比容量（3860mAh g^?1）和最負的電化學電位（?3.040 V vs. the standard hydrogen electrode），是下一代高能量密度可充電電池最有前景的負極材料之一。然而，不穩(wěn)定的金屬鋰電極/電解液界面（SEI）是阻礙高比能鋰金屬電池實際應用的嚴峻問題。深入理解鋰離子（Li⁺）內層溶劑化結構與SEI性質之間的內在聯(lián)系可以為進一步合理設計電極/電解液界面奠定基礎。

黃佳琦教授團隊在最新的研究工作中闡明了共溶劑特性對Li⁺溶劑化結構和金屬鋰表面SEI生成的重要影響。在此工作中，作者通過模型研究闡明，引入一種非溶劑化和低介電性（NL）共溶劑可以通過提供特定的低介電環(huán)境從本質上增強陰離子和Li⁺之間的締合強度，有利于大量陰-陽離子聚集團簇（AGGs,一個陰離子與兩個及以上 Li⁺配位）的產生。

圖1. NL共溶劑改變溶劑化結構進而調控SEI生成過程

系統(tǒng)的研究結果表明，NL共溶劑自身不參與溶劑化結構并提供低介電環(huán)境，其引入使帶正電的陰-陽離子聚集團簇占主導地位，使得陰離子可以接近同樣荷負電的金屬鋰電極表面，從而加速陰離子分解并產生陰離子分解主導的富無組分SEI。

圖2. NL共溶劑加強陰離子和Li⁺結合強度，促使大量陰-陽離子聚集團簇產生

作者通過構建基于相對結合能以及介電常數(shù)的溶劑圖進一步闡明了理想NL共溶劑的邊界條件。NL共溶劑需具有較大的相對結合能差值（E_{base solvent}?E_cosolvent），相對主溶劑較弱的配位能力表明其較少參與Li⁺內層溶劑化結構；同時要具有低介電性，其帶來的低介電環(huán)境可有效地增強陰、陽離子間的內在相互作用，有利于更多的陰離子進入Li⁺溶劑化鞘層形成大量AGGs，從而促進陰離子靠近鋰金屬表面分解。

圖3. 基于與Li⁺的相對結合能和介電常數(shù)的溶劑圖。

與主溶劑（本文中的乙二醇二甲醚，DME）相比，具有更低介電常數(shù)和更大相對結合能的溶劑（青色區(qū)域）可作為NL共溶劑，促進陰-陽離子締合。

此工作闡明了電解液設計中基本物理化學原理的重要性，為下一代鋰金屬電池開發(fā)新型非溶劑化、低介電性、高相容性共溶劑提供了新的思路。

作者簡介：

黃佳琦，北京理工大學前沿交叉科學研究院教授，博士生導師，九三學社社員。主要開展能源界面化學研究。在Angew Chem Int Ed, J Am Chem Soc, Adv Mater, Adv Funct Mater, Sci Bull等期刊發(fā)表研究工作100余篇，h因子為80，60余篇為ESI高被引論文。入選2015年首屆中國科協(xié)青年人才托舉計劃，獲評中國化工學會侯德榜化工科技青年獎，中國顆粒學會青年顆粒學獎，2018年國家萬人計劃青年拔尖人才，2018-2020年科睿唯安高被引科學家等，2020年北京市自然科學基金杰青項目等。

論文詳情：

Non-Solvating and Low-Dielectricity Cosolvent for Anion-Derived Solid Electrolyte Interphases in Lithium Metal Batteries

Jun-Fan Ding⁺,Rui Xu⁺,Nan Yao,Xiang Chen,Ye Xiao,Yu-Xing Yao,Chong Yan,Jin Xie,Jia-Qi Huang^*

Angewandte Chemie International Edition ，doi：10.1002/anie.202101627

鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202101627