清源创新实验室先进电池储能技术团队针对商业碳酸酯电解液与高比能锂金属电池兼容性差的问题，通过合理构筑离子液体电解质中溶剂化结构开发了新型离子液体电解质，实现电解质的高离子导电率、高安全性以及优越的界面稳定性，从而使锂金属电池具有优异的性能和较长的寿命。该研究工作以“Anion-Reinforced Solvating Ionic Liquid Electrolytes Enabling Stable High-Nickel Cathode in Lithium-Metal Batteries（强阴离子溶剂化型离子液体电解质实现锂金属电池中稳定的高镍正极材料）”为题，发表在国际权威期刊《Advanced Materials》（IF=29.4）上。

离子液体电解质的开发有望促进高安全性和高能量密度的锂金属电池的应用。不幸的是，离子液体电解质通常面临由库仑相互作用引起的离子团聚导致的Li⁺传输缓慢的挑战。该研究工作发现通过增强阴离子-阳离子配位并促进更多阴离子进入Li⁺的内部溶剂鞘，能够有效减少离子团聚，从而解决上述问题。基于此，开发了一种含双阴离子（FSI⁻和TFSI⁻）的强阴离子溶剂化型离子液体电解质。该电解质既具有传统有机电解液的高离子电导率特性，又保留了离子液体基电解液的优越界面稳定性性和不可燃性。基于该电解质的Li/NCM811电池表现出高的初始比容量（0.1 C下为203.0 mAh/g），优异的容量保持率（1.0 C下500个循环后为81.6％），以及出色的平均库仑效率（1.0 C下500个循环后为99.9％）。此外，安时级的Li/NCM811软包电池实现了386.0 Wh/kg的能量密度，表明了该电解质的实际可行性。这项研究为先进离子液体电解质的合理设计提供了实用解决方案和基础指导，有望促进了高安全性和高能量密度锂金属电池的发展。

图1：强阴离子溶剂化型离子液体电解质的设计、结构及其界面化学

该论文第一作者为清源创新实验室石油化工催化科研团队成员、福州大学化工学院博士生邹文洪，通讯作者为清源创新实验室先进电池储能技术实验室负责人、福州大学化工学院汤育欣教授。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、清源创新实验室平台基金及清源创新实验室重点项目的资助。