中科大Angew. Chem.：氯代官能化实现超高电压本征不可燃电解液

近年来，随着电动汽车的大力发展，锂离子电池能量密度不足的问题逐步显现，锂金属电池因具有高能量密度的优势而快速崛起。醚基电解液因为其优异的还原稳定性而备受关注，但是其氧化稳定性不足和易燃的问题限制了其在高电压工况下的应用。高浓度电解液体系和局域高浓度电解液体系被认为是解决醚类溶剂高电压氧化问题的有效途径。通过构建醚基LHCEs电解液体系可以减少自由溶剂分子的数量，降低电解液的HOMO能级从而实现抗氧化能力的提升。但是在Li⁺溶剂化-去溶剂化动态平衡中，游离醚分子仍然会存在，容易引起氧化分解副反应。

近日，中国科学技术大学的任晓迪教授（点击查看介绍）受到氯原子在阻燃剂中作用机理的启发，利用醚分子氯原子单取代的氯代醚1,2-双(2-氯乙氧基)乙烷（Cl-DEE），构建了LiFSI/1.6Cl-DEE/3TTE局域高浓度电解液体系。

氯原子的强电负性实现了溶剂分子HOMO能级降低和电解液抗氧化能力的提升；氯原子的捕捉自由基能力则显著提高了电解液的阻燃性能；较于LiFSI/1DEE/3TTE电解液，氯原子的空间位阻效应会使得LiFSI/1.6Cl-DEE/3TTE电解液中形成AGG-Ⅱ组分更高的独特溶剂化结构。

图1. Cl-DEE分子设计及实验验证。

在4.6 V和4.7 V充电截止电压下，LiFSI/1DEE/3TTE电解液均出现了明显的过充现象，发生溶剂的氧化现象；而LiFSI/1.6Cl-DEE/3TTE电解液能够稳定循环，分别在100圈达到97.16%和60圈达到95.72%的高容量保持率。

图2. LiFSI/1.6Cl-DEE/3TTE电解液在高电压工况下的循环性能。

相较于在LiFSI/1DEE/3TTE电解液形成的厚且不均匀的有机物为主的CEI层，在LiFSI/1.6Cl-DEE/3TTE电解液中形成仅8 nm的致密均匀的CEI层，以LiF和LiCl无机物为主的界面层有助于抑制界面副反应。

图3. NMC811正极界面研究。

该工作提出了一种新型耐高电压不可燃醚类溶剂，通过构建富含氟化锂和氯化锂的SEI和CEI层，实现了超高电压的稳定循环，为电解液分子设计策略提供了新的方向。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Intrinsic Nonflammable Ether Electrolytes for Ultrahigh-Voltage Lithium Metal Batteries Enabled by Chlorine Functionality

Lijiang Tan, Shunqiang Chen, Yawei Chen, Jiajia Fan, Digen Ruan, Qingshun Nian, Li Chen, Shuhong Jiao, Xiaodi Ren*

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202203693

研究团队简介

任晓迪，中国科学技术大学化学与材料科学学院特任教授，博士生导师，2019年入选国家高层次人才计划青年项目。于2009年、2011年分别获得武汉大学学士、硕士学位，于2016年获得美国俄亥俄州立大学博士学位，并在美国西北太平洋国家实验室开展博士后研究工作，2019年加入中科大。共发表50余篇研究论文，其中以第一或通讯作者（含共同）在Nat. Energy, PNAS, Chem, Joule, JACS, Angew. Chem., Adv. Mater.等国际顶尖期刊上发表多篇研究论文，近五年被引超5000次，H因子为38，授权美国专利2项。现为能源类著名期刊Energy & Environmental Materials（EEM）（Q1，IF=17.789）青年编委。曾获得美国能源部清洁能源奖，福布斯杂志能源领域30位30岁以下人才称号（Forbes 30 under 30），国家优秀自费留学生奖学金以及美国西北太平洋国家实验室杰出表现奖等多项荣誉。

https://www.x-mol.com/university/faculty/73851 

招聘信息

课题组主要研究方向包括高比能电池电解液设计与界面调控、金属空气电池、固态电池及电催化中界面过程调控等。热忱欢迎优秀博士后或特任副研究员的加入，并提供优厚待遇与支持。详情请参见课题组网站renlab.ustc.edu.cn，或发邮件至xdren@ustc.edu.cn联系咨询。