氟代溶剂在锂金属电池中的应用

摘要

近年来,锂金属电池由于具有较高的能量密度而成为储能领域的研究热点。电解液作为锂金属电池的“血液”发挥着至关重要的作用。在传统锂离子电池电解液中,锂金属负极与电解液之间的界面副反应严重并伴随着锂枝晶生长,从而导致安全隐患以及循环寿命缩短等问题。在解决锂金属负极问题上,电解液调控策略具有易操作性和有效性,因而在推动锂金属电池发展方面具有举足轻重的地位。氟代电解液是目前重要的研究方向,氟代电解液在循环过程中能够在电极表面形成富含LiF的固体电解质界面膜(SEI);该界面膜不仅可以有效抑制负极锂枝晶的形成,并且在正极方面能够大幅提高电解液的氧化稳定性,从而提升高电压正极的适配性和锂金属电池的循环稳定性。氟代电解液中氟代溶剂/氟代锂盐的分子结构对电解液的溶剂化结构有重要影响。当氟代溶剂分子中氟原子的位置与数量不同时,氟代溶剂的物理化学性质也会随之发生变化,进而改变了电解液与电极的界面反应性。因此,氟代溶剂能够起到调制SEI膜成分和结构的作用,是决定电池性能的关键因素。本文总结了应用于锂金属电池的主要氟代溶剂,尤其是近几年来发展的新型氟代溶剂;着重介绍了高度氟代的溶剂分子作为局域超浓电解液的稀释剂,以及对溶剂进行精准分子设计得到的部分氟代溶剂等。此外,本文还分析探讨了氟代溶剂分子与电池性能之间的构效关系,展望了构建新型氟代溶剂分子的策略,希望能对电解液溶剂分子的结构设计以及构效关系的评估有一定的启发意义。