鋰金屬電池由于金屬鋰具有超高的理論比容量和較低的氧化還原電位受到了廣泛的關(guān)注。然而，高壓鋰金屬電池的發(fā)展受到了嚴(yán)重的阻礙，尤其是鋰枝晶。鋰枝晶的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致SEI變得不穩(wěn)定并且可能刺穿隔膜具有嚴(yán)重的安全隱患，因此，穩(wěn)定鋰金屬界面是金屬鋰電池實(shí)用化的必要條件之一。

由于Li金屬和電解液之間的自發(fā)反應(yīng)導(dǎo)致SEI的產(chǎn)生，通過改變電解液的成分來調(diào)節(jié)SEI的性質(zhì)是一種容易且可行的方法。在醚類電解液中具有高溶解度的硝酸鋰（LiNO3）被認(rèn)為是鋰-硫電池中非常重要的電解液添加劑，其通過穩(wěn)定Li金屬界面在抑制鋰多硫化物的“穿梭效應(yīng)”和Li金屬的枝晶生長方面發(fā)揮了顯著的作用。然而，常規(guī)的醚類電解液由于其電化學(xué)窗口窄不能用于高壓電池體系中。

通常，碳酸鹽電解液常用于高壓電池體系中，其具有比醚類電解液更寬的電化學(xué)窗口以及更好的高溫性能。雖然LiNO3可以很好地與醚類電解液一起發(fā)揮作用，但長期以來認(rèn)為它與碳酸鹽電解液不相容，因?yàn)樗谔妓猁}電解液中的溶解性差，例如碳酸亞乙酯（EC）和碳酸二乙酯（DEC）。因此，調(diào)節(jié)LiNO3在碳酸鹽電解質(zhì)中的溶解行為并探索其對循環(huán)性能的影響對高壓鋰金屬電壓是十分迫切的。

近日，北京理工大學(xué)黃佳琦研究員（通訊作者）聯(lián)合清華大學(xué)張強(qiáng)教授通過引入微量的氟化銅（CuF2）作為溶解促進(jìn)劑這一策略，使得LiNO3可以直接溶解在碳酸亞乙酯/碳酸二乙酯電解液中。由于溶液的溶劑化結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，LiNO3在碳酸鹽電解液中的不溶性也隨之發(fā)生了改變。因此，LiNO3可以在高壓Li金屬電池中保護(hù)Li金屬陽極。

當(dāng)將LiNi0.80Co0.15Al0.05O2陰極與Li金屬陽極配對時(shí)，電池表現(xiàn)出非常的高的容量保持率并且在0.5C下的循環(huán)下平均庫侖效率高于99.5%。這項(xiàng)工作表達(dá)了對含LiNO3碳酸鹽電解質(zhì)的溶劑化學(xué)性質(zhì)的深刻理解，并展示了在碳酸鹽電解液體系中同時(shí)兼顧高電壓和安全的鋰金屬陽極兼容系統(tǒng)。相關(guān)研究成果以“Solvation Chemistry of Lithium Nitrate in Carbonate Electrolyte for High-Voltage Lithium Metal Battery”為題發(fā)表在Angewandte Chemie-International Edition上。