硝酸锂融入碳酸盐电解液能提高其循环性能

锂金属电池由于金属锂具有超高的理论比容量和较低的氧化还原电位受到了广泛的关注。然而，高压锂金属电池的发展受到了严重的阻碍，尤其是锂枝晶。锂枝晶的出现会导致SEI变得不稳定并且可能刺穿隔膜具有严重的安全隐患，因此，稳定锂金属界面是金属锂电池实用化的必要条件之一。

由于Li金属和电解液之间的自发反应导致SEI的产生，通过改变电解液的成分来调节SEI的性质是一种容易且可行的方法。在醚类电解液中具有高溶解度的硝酸锂（LiNO3）被认为是锂-硫电池中非常重要的电解液添加剂，其通过稳定Li金属界面在抑制锂多硫化物的“穿梭效应”和Li金属的枝晶生长方面发挥了显着的作用。然而，常规的醚类电解液由于其电化学窗口窄不能用于高压电池体系中。

通常，碳酸盐电解液常用于高压电池体系中，其具有比醚类电解液更宽的电化学窗口以及更好的高温性能。虽然LiNO3可以很好地与醚类电解液一起发挥作用，但长期以来认为它与碳酸盐电解液不相容，因为它在碳酸盐电解液中的溶解性差，例如碳酸亚乙酯（EC）和碳酸二乙酯（DEC）。因此，调节LiNO3在碳酸盐电解质中的溶解行为并探索其对循环性能的影响对高压锂金属电压是十分迫切的。

近日，北京理工大学黄佳琦研究员（通讯作者）联合清华大学张强教授通过引入微量的氟化铜（CuF2）作为溶解促进剂这一策略，使得LiNO3可以直接溶解在碳酸亚乙酯/碳酸二乙酯电解液中。由于溶液的溶剂化结构发生了改变，LiNO3在碳酸盐电解液中的不溶性也随之发生了改变。因此，LiNO3可以在高压Li金属电池中保护Li金属阳极。

当将LiNi0.80Co0.15Al0.05O2阴极与Li金属阳极配对时，电池表现出非常的高的容量保持率并且在0.5C下的循环下平均库仑效率高于99.5%。这项工作表达了对含LiNO3碳酸盐电解质的溶剂化学性质的深刻理解，并展示了在碳酸盐电解液体系中同时兼顾高电压和安全的锂金属阳极兼容系统。相关研究成果以“Solvation Chemistry of Lithium Nitrate in Carbonate Electrolyte for High-Voltage Lithium Metal Battery”为题发表在Angewandte Chemie-International Edition上。