弗吉尼亚理工大学Feng Lin等人开发了通过结合适当的锂盐和醚溶剂在石墨中实现可逆锂溶剂共插层的策略。研究人员设计了 1M LiBF4 1,2-二甲氧基乙烷（G1），使天然石墨能够提供约 91%的初始库伦效率，并在400次循环后容量保持率大于 88%。捕捉了不同长度尺度上 LiF 的空间分布，并对其异质性进行了量化。电解液在石墨边缘平面上显示出自终止反应性，并形成颗粒状的氟化伪 SEI。通过ab initio分子动力学（AIMD）模拟，阐明了伪SEI的分子起源。原位同步加速器分析进一步证明了共烧结石墨的可逆单相转变。

　　图1. (A)石墨中锂离子-溶剂可逆共插层的设计策略。(B) 石墨锂电池在 0.2 mV/s 下的 CV 曲线。(C) 不同电极成分和循环条件下的初始库仑效率。(D和E) 使用 901SA 的石墨锂电池在不同电解质中以 0.2 A/g 的充电/放电电压曲线SA 的石墨锂电池的循环性能。第一个循环的容量和 CE 未显示。(G) 不同电解质中的容量保持摘要。

　　图 2. (a) 原始石墨粉和石墨电极在 1M LiBF4 G1 和 1M LiFSI G1 中第一次循环后的扫描电镜图像。(b) 循环石墨在带电状态下的 XRD 图谱。(c) 带电状态下循环石墨的拉曼图谱。(d) 原子浓度，其中误差条是根据电极上五个不同位置的独立测量值的 SD 而得出的。(e) 高分辨率图谱-F 1 秒。(F) 在 1M LiBF4 G1 和 1M LiFSI G1 中循环石墨的软 XAS 图谱。

　　图4. (A) 两种电解质中石墨锂电池的 PITT 曲线。(B) 带有两种阴离子的不同锂-G1 复合物的 LUMO 能。(C) 按 0 ps、1 ps、2 ps 和 10 ps 顺序进行的 AIMD 模拟快照；(D) 不同电解质种类的电荷转移图。(E)按 0 ps、1 ps、2 ps 和 10 ps 的顺序进行的 AIMD 模拟快照，阴离子还原突出显示；(F)不同电解质种类的电荷转移图。(G)按 0 ps、1 ps、2 ps 和 10 ps 的顺序进行的 AIMD 模拟快照，突出显示溶剂还原；(H)不同电解质种类的电荷转移图。

　　图 5. (a) 在 1M LiBF4 G1 中循环使用的石墨锂电池的操作同步辐射 XRD 图。电压范围为 0 ~ 3 V。使用 1C （1C = 100 mAh/g）。X 射线 nm。(b) 指明了相应的电压曲线（第一个周期）和不同的相变步骤。(c) 在特定电位（第一次锂化）下通过操作测量提取的 XRD 图谱。(d) 从Operando CMCD 测量中选取的图谱。X 射线 纳米。在进行 XRD 和 CMCD 测量时使用的是优质石墨。(e) 基于共共价作用的石墨演变示意图，包括块体和表面。

　　该研究介绍了有效的电解质和中界面设计，旨在发现石墨中可逆的、快速的锂醚共插层。定量揭示了在 1M LiBF4G1 中循环时石墨上中界面的性质、功能和形成。重要发现总结如下：

　　1.Quadrant方案说明了石墨共插层的可逆性以前被低估的原因，并为锂离子电池的共插层探索提供了指导。

　　2.1M LiBF4 G1 使共层石墨负极具有出色的循环稳定性，与最近提出的 1M LiFSI DOL（11）相辅相成。研究证明，使用 1M 盐的醚电解质可以通过匹配电解质成分的还原稳定性，使石墨负极在锂离子电池中正常工作。

　　4.与传统的连续、薄型或均匀 SEI 不同，异质 SEI 的表面覆盖面积有限。基本上，由于电解质固有的热力学稳定性，它仍能实现可逆石墨工作。

　　5.在 1M LiBF4 G1 中产生的伪-SEI 可防止电解质持续还原。伪-SEI 可扩展到使用电化学稳定电解质的其他系统，例如钠离子电池中的硬碳。

　　6.研究人员通过实验和理论证明，电解质成分在基底面上是稳定的，但在催化边缘面上会失稳。当LiF覆盖催化位点时，这种不稳定性将自行终止。

　　7.研究人员建议今后的工作重点可以放在研究阴离子成分在醚电解质中的分解机理上。未来可以建立更复杂的模型。例如，可以引入其他官能团和不同类型的缺陷。

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