第一作者：朱正录

通讯作者：伽龙

（1）提出了一种阻止阴阳离子聚合的多功能溶剂，促进了硝酸锂在碳酸酯电解液中的溶解。

（2）通过梯次还原的电解液设计在锂金属界面构筑了一层异质氮化界面层，促进了锂金属电池的稳定循环。

图1 电解液的 Li⁺ 溶剂化结构和分子动力学 (MD) 模拟。 (a) DMA、DMC 和 FEC 溶剂分子的 ESP。 (b) 不同溶剂和电解液在650 至 800 cm^-1的拉曼光谱。 (c) 用涂炭铝箔||Li电池在0.5 mV s^-1扫速下测得的FEC/DMC 和 DMA/LiNO₃ 电解液的 LSV 曲线。 (d) DMA/LiNO₃ 电解液的快照。  (e) FEC/DMC 和 (f) DMA/LiNO₃ 电解液的计算径向分布函数 (g(r))。

DMA低的静电势确保了硝酸锂在碳酸酯电解液中的溶解。正是由于它们的引入，碳酸酯电解液中的Li⁺溶剂化结构发生了改变。溶剂化结构中，自由的碳酸酯分子明显减少，这能够通过拉曼光谱中峰的向右偏移来证实。

图 2 | 配有不同电解液电池的电化学性能。 (a) 锂沉积/剥离曲线和 (b) 使用 EC/DMC、DMA、FEC/DMC 和 DMA/LiNO₃ 电解液的 Li||Cu 电池在 0.5 mA cm^-2 和 0.5 mAh cm^-2 的相应锂成核电位。 (c) 使用 EC/DMC、DMA、FEC/DMC 和 DMA/LiNO₃ 电解液的 Li||Cu 电池在 0.5 mA cm^-2 和 0.5 mAh cm^-2 下循环 300 次后的锂沉积/剥离曲线。 (d) 使用 EC/DMC、DMA、FEC/DMC 和 DMA/LiNO₃ 电解液的 Li||Li 对称电池在 1 mAh cm^-2 和 0.5 到 3 mA cm^-2 的电流密度下的过电势。 (e) 使用 EC/DMC、DMA、FEC/DMC 和 DMA/LiNO₃ 电解液的 Li||Li 对称电池在 1 mA cm^-2 和 1 mAh cm^-2 下的电压曲线和 (f) 在18 到 24 小时之间的放大电压曲线图。

图 3 | 锂沉积形貌表征。 (a) 在EC/DMC、DMA、FEC/DMC 和 DMA/LiNO₃ 电解液中电沉积锂的表面和 (b) 截面 SEM 图像。在 (c) FEC/DMC 和 (d) DMA/LiNO₃ 电解液中锂沉积的原位光学显微镜图片。

图 4 | SEI的结构和组分表征。 (a) 在DMA/LiNO₃中获得的 Li 1s、N 1s 和 C 1s光谱。 (b) 在DMA/LiNO₃中通过ToF-SIMS 获得的SEI的 C₂H₃O₂、CNO 和 N₃ 分布和 (c) 相应的溅射 SEI 的表面演变。(d) 在 FEC/DMC 和 DMA/LiNO₃ 电解液中形成的 SEI 的结构示意图。

在DMA/LiNO₃的XPS光谱中，所有 Li 1s、N 1s 和 C 1s 光谱都随着刻蚀时间而变化，证实了由于 DMA/LiNO₃ 电解液的逐步还原而形成了异质 SEI。具体地，表面 SEI（在 0 秒时）由有机硝酸盐主导，如所检测到的在399.4 eV 处的强 N-(C)₃ 峰和 286.0 eV 处的 C-N 峰。而在 300 秒刻蚀后，属于有机产物（N-(C)₃ 和 C-N）的峰消失，剩下的峰归属于 LiN_xO_y（55.1 eV）和 Li-N（53.2 eV），表明在 DMA/LiNO₃ 电解液中形成的 SEI 内部主要以无机硝酸盐为主。这与TOF-SIMS检测到的C₂H₃O₂ 信号仅出现在表面，而 CNO 和 N₃ 均匀分布在所有蚀刻深度中一致。它们强有力的证实了在 DMA/LiNO₃ 电解液中形成的异质 SEI，可以通过LiNO₃和 DMA的逐步还原获得，正如我们所期待的一样。

图 5 | 采用 DMA/LiNO₃ 和 FEC/DMC 电解液的 Li||NCM111 和 Li||LFP 电池的电化学性能。(a) 采用 DMA/LiNO₃ 电解液的 Li||NCM111 电池在 0.1 mV s^-1 扫描速率下的 CV 曲线。采用 (b) FEC/DMC 和 (c) DMA/LiNO₃ 电解液的 Li||NCM111 电池的充/放曲线。 (d) Li||NCM111 电池在 0.4 C 下的循环性能。(e) Li|| LFP 电池在 0.5 C 下的循环性能。

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