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Angew. Chem. :基于线性关系的高压电解液设计

高电压电解质的设计对实现下一代高能量密度电池至关重要,因此受到学术界和产业界的广泛关注。然而,基于轨道分析(如最高占据分子轨道、轨迹平均投影态密度)和自由能循环的等常规评估手段分别受限于理论近似或计算复杂度,难以准确评估电解质尺度的氧化电位,对电解质氧化化学的有限认识和有效量化方法的缺乏极大阻碍了新型电解液配方的设计与开发。


近日,浙江大学范修林研究员团队发展了一种外标方法来定量描述电解液体系的氧化稳定性,该方法揭示了电解液氧化稳电位与抗氧化性最低溶剂分子的原子电荷之间的线性关系,并基于具有代表性溶剂化结构构建了一条标准曲线用于计算评估电解液的氧化电位。



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作者以1,2-二甲氧基乙烷(DME)醚基电解液作为模型体系进行研究,结果表明,溶剂化结构中阳离子和阴离子的比例在决定电解质抗氧化稳定性方面起着至关重要的作用,贫阴离子的接触离子对结构(CIP)比富阴离子的聚集体结构(AGG)具有更高的氧化电位。为了验证这一结果的可靠性,使用新型(三氟甲基)环己烷(FMCH)和1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷(HFCP)稀释剂来配制基于双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)的局部高浓度电解液(LHCE),并进行电解液溶剂化结构解析与电化学性能测试。结果表明,以CIP结构为主的FMCH基LHCE的氧化稳定性优于HFCP基LHCE。此外,FMCH-LHCE电解质可以最大限度地减少电解质氧化并形成紧凑的锂沉积形态,进而在高载量钴酸锂正极(3.8 mAh cm-2)与薄锂金属负极(30 μm)的条件下实现了3.0~4.5V超过440次稳定循环(80%的容量保持率)。

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该工作建立了一个定量描述电解液氧化稳定性的理论框架,为评估和设计耐氧化电解液体系提供了一种新见解。

文信息

Upgrading Electrolyte Antioxidant Chemistry by Constructing Potential Scaling Relationship

Ruhong Li, Zunchun Wu, Shuoqing Zhang, Jia Liu, Liwu Fan, Tao Deng, Lixin Chen, Xiulin Fan


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202406122




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