近期，河南大学材料学院特种功能材料教育部重点实验室赵勇课题组在锂金属电池领域取得新进展，相关成果以“Cationic Size Effect Promoting Dissolution of Nitrate Anion in Ester Electrolyte for Lithium–Metal Batteries”为题，在国际顶级期刊《美国化学会能源通讯》（ACS Energy Letters）上发表。

高容量锂金属负极极具发展前景，但其与商用碳酸酯基电解质产生的固态电解质界面层的锂离子传导速率低，造成锂枝晶不可控生长和副反应，严重降低了锂负极的库伦效率和循环稳定性。本研究中，我们发展了一种“阳离子尺寸效应”策略，促进了NO3-在碳酸酯类电解质中的溶解，提升了锂负极的库伦效率和循环稳定性。通过调控季铵盐的阳离子尺寸实现了其电荷局域化状态的调控，从而调控了阳离子与NO3-间的结合能，实现了四乙基硝酸铵（TEAN）在碳酸乙烯酯（EC）中的高溶解度（1.8 M）。以四乙基硝酸铵作为碳酸酯类电解质的添加剂，在金属锂电极/电解质界面构建了含Li3N的高锂离子电导率固体电解质层，实现了锂金属电极表面锂的均匀沉积和剥离。最终提升了锂-铜电池、锂-锂对称电池、锂-磷酸铁锂电池和锂-三元镍钴锰电池的循环寿命。“阳离子尺寸效应”为电解质溶剂化结构调控促进功能性基元在电池中应用及电池性能优化提供了解决思路（ACS Energy Letters, DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02495）。

图1 利用“阳离子尺寸效应”溶解NO3-阴离子并在Li电极上形成含Li3N高离子电导率的SEI层示意图

实验室博士研究生郭志杰和宋晓胜博士为论文第一作者，赵勇教授为论文通讯作者。本工作得到了中组部、国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅和河南大学的大力支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.1c02495