本文通过全甲基化硅氧烷（TMMS）作为单一溶剂，设计了一种高性能的锂金属电池电解液。

TMMS分子中的全甲基化结构和Si−O键显著提高了电解液的氧化稳定性。与传统的C−O键（键能352 kJ/mol）相比，Si−O键的键能更高（452 kJ/mol），这使得TMMS在高电压下更难被氧化。此外，全甲基化结构通过增加脱氢反应（H-transfer）的能量障碍，进一步抑制了电解液的氧化分解。通过密度泛函理论（DFT）计算，发现TMMS的H-transfer反应能量比其他对比溶剂（如DETMS和DME）更高，表明其在热力学上更难被氧化。

TMMS具有较弱的溶剂化能力，这使得电解液在较低的锂盐浓度下就能形成阴离子富集的溶剂化结构。这种结构有利于在电极表面形成富含无机成分的电极/电解液界面层（如SEI和CEI），从而提高电极与电解液之间的相容性。在锂金属负极和高电压正极（如NCM811）表面，TMMS基电解液能够形成均匀且富含无机成分的界面层。这些界面层不仅抑制了电解液的分解，还提高了锂离子的传输效率，减少了锂枝晶的生长。

TMMS基电解液展示了超过5 V的宽电化学窗口，这使得它能够兼容高电压正极材料（如NCM811），从而显著提高电池的能量密度。尽管TMMS的溶剂化能力较弱，但其形成的阴离子富集结构有助于提高锂离子的传输效率。实验中，TMMS基电解液在25°C和50°C下均展现出优异的循环稳定性和高库仑效率（99.6%）。

在高电压充电过程中，TMMS基电解液能够有效抑制电解液在正极表面的氧化分解。通过原位拉曼光谱和分子动力学模拟，研究发现TMMS分子在正极表面的浓度显著降低，从而减少了氧化反应的发生。在锂金属负极表面，TMMS基电解液形成的SEI层更加均匀且富含Li₂O，这种结构有助于提高锂离子的传输效率，并减少锂枝晶的生长，从而延长电池的循环寿命。在NCM811||Li全电池中，TMMS基电解液在室温和50°C下均展现出显著优于传统DME基电解液的循环稳定性和容量保持率。即使在高达4.5 V的截止电压下，TMMS基电解液仍能保持99.8%的高库仑效率和95.8%的容量保持率。

TMMS基电解液在热稳定性测试中表现出较低的放热反应能量，这表明其在热失控方面的风险较低，从而提高了电池的安全性。此外，TMMS是一种非氟化溶剂，避免了氟化溶剂可能带来的环境风险，同时保持了优异的电化学性能。
来源：电化学能源公众号