中国科学院开发出基于阻燃电解液的高面容量氟化铁锂电池

中国科学院上海硅酸盐研究所李驰麟研究员团队在氟化物转换电池领域取得重要进展，开发出基于阻燃电解液的高面容量氟化铁锂电池。该团队设计了一种新型阻燃电解液FRE-TD82，其溶剂化结构由Li主导，并具有强抗氧化性。该电解液在氟化铁正极表面诱导形成富含LiF、Li₂C₂O₄等无机含锂界面组分的CEI膜。由阴离子衍生的CEI膜富含无机组分且呈现薄（~4 nm）、均质的形貌，不仅具有电子绝缘性和动态稳定性以抑制界面寄生副反应，还可通过丰富的锂离子跃迁位点以促进界面质量输运。基于FRE-TD82阻燃电解液，转换型Li-FeF₃电池表现出持久维持的两阶段锂化平台和稳定的循环性能（平均每圈循环容量衰减率仅为0.16%）。受益于稳健的CEI膜和强抗氧化性的电解液，在4.5 V高充电截止电压下的FeF₃正极实现了 472mAh/g的高容量（对应的正极能量密度高达1057Wh/kg）和200次稳定循环的优异可逆性。此外，优异的电解液润湿性保证了厚电极内部离子传输路径的渗透性和活性反应位点的均匀性，赋予FeF₃正极在高活性物质载量（~7.0 mg/cm²）和贫瘠电解液（E/C比为10 μL/mg）条件下2.94 mAh/cm²的高面容量和良好的循环稳定性。此项工作通过深入解析界面化学和CEI膜的作用，建立电解液结构和氟化铁正极性能之间的构效关系，有助于推动高能量和高安全性氟化物转换电池的开发应用。

上述工作第一作者为上海硅酸盐所副研究员陈克艺和上海第二工业大学副研究员邱吴劼，通讯作者是李驰麟研究员，合作作者有上海硅酸盐所研究员刘建军，相关研究工作得到了国家自然科学基金和上海市科委等项目的资助和支持。

附论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.07.007

锂-氟化铁电池阻燃电解液设计和界面工程的工作亮点

阻燃电解液以及常规碳酸酯和醚类电解液的物理性质和氧化还原性质

阻燃电解液的溶剂化结构调控和界面反应机制

锂-氟化铁电池的电化学性能评估

氟化铁正极在阻燃电解液中循环后的物相结构与界面膜形貌组分