隨著鋰離子電池(LIBs)的發(fā)展，結(jié)合嵌入過(guò)渡金屬氧化物陰極和石墨陽(yáng)極的LIBs能量密度已接近極限，但低循環(huán)庫(kù)侖效率(CE)和鋰枝晶生長(zhǎng)仍是難以逾越的障礙。高容量合金陽(yáng)極不存在鋰枝晶生長(zhǎng)的問(wèn)題，且具有高能量密度。但其在微尺寸形式下，在鋰化-耗蝕循環(huán)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生體積和結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致顆粒裂紋和粉化。這一現(xiàn)象將進(jìn)一步導(dǎo)致有機(jī)固體電解質(zhì)界面(SEI)層破裂以及顆粒穿透形成新SEI層，進(jìn)而導(dǎo)致低循環(huán)CE與較差的循環(huán)壽命。

將合金顆粒尺寸縮小至納米級(jí)和/或?qū)⑵湔系绞杏型鉀Q上述問(wèn)題。受限于材料制造成本與納米陽(yáng)極對(duì)電池性能的影響，研究者轉(zhuǎn)將目光投向防止SEI層在體積收縮（脆化）過(guò)程中開(kāi)裂的策略。LiF SEI層有望實(shí)現(xiàn)這一策略。為了使Li_xM合金化陽(yáng)極具有長(zhǎng)循環(huán)壽命，SEI中需提高疏Li_xM無(wú)機(jī)LiF的含量，最小化親Li_xM有機(jī)成分的含量。常見(jiàn)的氟化鋰鹽難以同時(shí)滿(mǎn)足最小化有機(jī)組分的需求，而無(wú)溶劑室溫離子液體(RTILs)有望用于陽(yáng)極合金化。然而，此前報(bào)道的RTILs電解質(zhì)容量利用率較低，并且陽(yáng)離子或有機(jī)陰離子降解形成的有機(jī)-無(wú)機(jī)SEI使得LIB循環(huán)壽命有限。

基于此，馬里蘭大學(xué)的王春生及其研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)引入低聚(環(huán)氧乙烷)（二甲氧基乙烷，DME）片段，設(shè)計(jì)合成了以吡咯烷為正離子，PF₆^-為陰離子的N-甲基-N-(2-甲氧基乙氧基)甲基吡咯烷六氟磷酸鹽(NMEP)，為微尺寸合金陽(yáng)極與高能陰極配對(duì)提供了一種通用解決方案

研究者選擇NMEP與LiPF₆比例為5:1的電解質(zhì)(NMEP51)作為研究對(duì)象，并將其與商用電解質(zhì)LP30進(jìn)行對(duì)比。NMEP51電解質(zhì)形成的SEI表面富含無(wú)機(jī)物，有機(jī)碳在濺射180 s后到達(dá)噪聲級(jí)。故而可認(rèn)為NMEP51電解質(zhì)中的μSi顆粒只有富LiF的SEI。DFT計(jì)算進(jìn)一步說(shuō)明，在NMEP51電解質(zhì)中形成的高界面能和強(qiáng)模量的LiF SEI使合金陽(yáng)極具有高CE和長(zhǎng)循環(huán)壽命。

為了降低離子液體粘度的同時(shí)保持不對(duì)稱(chēng)分子設(shè)計(jì)，研究者使用1-乙氧基-2-甲氧基乙烷(EME)溶劑開(kāi)發(fā)了基于LiPF₆的電解質(zhì)，即EME/LiPF₆。EME/LiPF₆電解質(zhì)室溫下在Li||μSi半電池(5.0 mAh cm^-2)上具有高倍率性能，顯示出快速充電的潛力，且能完成循環(huán)超400次。EME/LiPF₆電解質(zhì)還使μSi||NMC811全電池（4.5 mAh cm^-2，N/P = 1.1）在C/3（1C = 200 mA g^-1）下達(dá)到200次循環(huán)，容量保持率>90%，表明μSi||NMC811電池極具商業(yè)化潛力。