马建民教授Angew. Chem：疏水性溶剂化结构提高锂金属电池的稳定性

电解液添加剂诱导疏水性锂离子溶剂化结构抑制LiPF₆水解稳定固体电解液界面

第一作者：李芳

通讯作者：马建民*

单位：湖南大学，山东大学

锂金属负极由于具有较高的理论比容量和低的还原电位，被认为是一种很有前途的高能量密度的负极材料。然而，其较高的反应活性很容易与电解液发生反应，生成不稳定的固体电解液界面膜。不稳定的界面膜很容易导致锂枝晶的生成、循环稳定性差以及安全隐患。另一方面，LiPF₆盐容易发生热分解，分解产物与电解液中的微量水发生反应，生成HF。HF也会腐蚀固体电解质界面膜，导致锂金属电池循环性能的下降。

目前，报道的一些电解液除水工作都是基于化学反应，这样不可避免的会有一些副产物的生成，势必会对电池的性能产生影响。基于此，本工作通过引入丙稀酸六氟异丙酯作为电解液添加剂，设计了一种疏水性的溶剂化结构，通过物理隔离的方式抑制LiPF₆盐的分解。同时，该添加剂可以提高固体电解液界面膜的稳定性，提高锂金属电池的循环稳定性。

在这里，来自湖南大学的马建民教授，在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上发表题为“Additive-Assisted Hydrophobic Li⁺-Solvated Structure for Stabilizing Dual Electrode Electrolyte Interphases through Suppressing LiPF₆ Hydrolysis”的通讯文章。

该文章分析了丙烯酸六氟异丙酯（HFAC）添加剂对锂离子溶剂化的影响，分析了正负极表面的固体电解液界面的组分及结构，结果表明HFAC添加剂能有效的抑制LiPF₆的分解，形成稳定的固体电解液界面，改善锂金属电池的电化学性能。

要点一：疏水性的锂离子溶剂化结构

HFAC添加剂由于具有较大的偶极矩（2.87 D）很容易与锂离子发生耦合，参与到溶剂化结构中去。HFAC的加入使得参与溶剂化的EC溶剂分子减少，从而抑制EC的分解。由于烯烃基团和非极性全氟碳链(-CF₂CF₂CF₃)具有疏水特性，HFAC参与到溶剂化之后就会形成一个具有疏水特性的溶剂化结构。可以把溶剂化的PF₆^-离子 与电解液中的微量水物理隔绝开，抑制其水解产生HF，从而保护SEI和CEI结构的稳定性，也可以有效抑制正极材料中金属离子的溶出。

HFAC分子具有较低的最低未占据分子轨道(LUMO)和较高的最高占据分子轨道(HOMO)，可优先于溶剂分子在Li负极和NCM622正极上被还原和被氧化，形成富有机的SEI和CEI结构。这种SEI和CEI结构具有较好的柔性，可以适应电极材料在循环规程中结构的演变，从而抑制锂枝晶的生成和NCM622材料的结构坍塌。提高了对称Li金属电池和Li|||NCM622全电池的循环性能。

基于以上的设计优势，Li|||Li对称电池在1 mA cm^-2电流密度和0.5 mA h cm^-2容量下，可以稳定循环500圈。Li|||NCM622全电池在1 C的电流密度下，200个循环后还能具有111 mA h g^-1的比容量，容量保持率为74%。

Additive-Assisted Hydrophobic Li⁺-Solvated Structure for Stabilizing Dual Electrode Electrolyte Interphases through Suppressing LiPF6 Hydrolysis

https://doi.org/10.1002/anie.202205091

李芳   副研究员

在2018年和2019年分别取得了湖南大学和澳大利亚伍伦贡大学的博士学位，随后在湖南大学从事博士后研究。2021年8月份入职山东大学前沿交叉科学青岛研究院，主要从事储能材料与器件以及多功能电解液的研究。主持中国博士后科学基金面上项目1项，主持国家自然科学基金青年基金1项。目前，以第一作者或通讯作者发表论文16篇，引用高达1275次，H因子为18。