锂金属电池（LMBs）因其实现高能量密度的巨大潜力，作为下一代可充电电池研究的焦点而受到广泛关注。然而，与当前液态电解质配对的锂金属负极存在严重的安全问题，如电解液泄漏、燃烧甚至爆炸，限制了其实际应用。因此，研究人员致力于开发具有高离子电导率、优异界面稳定性、宽电化学窗口和不可燃性的电解质体系，以平衡安全与性能需求。

在各种电解质体系中，深共晶凝胶电解质（DEGEs）是一类固定在聚合物骨架中的不可流动材料，因其在室温下具有高离子电导率（约10 mS cm⁻¹）、宽电化学窗口（高达5 V）、优异的热稳定性（200–300 °C）以及不挥发、不可燃等特性而受到广泛关注。这些优势源于其前体——深共晶电解质（DEEs），即通过氢键受体（HBAs）和氢键供体（HBDs）之间的相互作用形成的低共熔混合物。DEEs利用分子间氢键显著降低其各组分的熔点，使其在室温下保持液态。基于不同HBA（如LiTFSI和LiDFOB）、HBD（如丁二腈和酰胺）和聚合物基质（如PETEA和ETPTA）的DEGEs已被开发出来。尽管取得了显著进展，但仍存在挑战，尤其是在界面稳定性方面。具体而言，DEGEs与锂金属之间的相互作用复杂，脆弱的固体电解质界面（SEI）在锂沉积/剥离过程中容易破裂，消耗活性锂和电解液，显著缩短电池寿命。通常认为，减弱溶剂与Li⁺之间的结合能有助于更多阴离子的参与，进而形成具有更高机械强度的无机组分。此外，溶剂本身的作用也不容忽视，它往往促成脆性有机组分的形成。

氟化是一种有效的调控策略，通过改变电解质的化学性质显著提高其界面稳定性和反应动力学。在当前液态电解质体系中，研究表明溶剂的LUMO/HOMO能级及其与Li⁺的结合能与氟化过程密切相关。这些物理化学性质决定了电解质在充放电循环中的性能。精确的分子设计不仅对延长电解质循环寿命至关重要，也对提升LMBs的动力学性能具有关键作用。然而，氟化位置和氟化程度对DEGEs性能的影响仍未得到充分探索。

该研究设计并合成了基于氟化酰胺的DEGEs，其中以N-甲基乙酰胺衍生的不同氟化酰胺作为HBA，LiTFSI作为HBD，季戊四醇四丙烯酸酯（PETEA）作为聚合物基质。在基于LUMO能级和去溶剂化能垒的双向筛选标准指导下，精心设计的DEGE表现出卓越的界面稳定性。与传统体系中SEI形成主要由单一组分主导不同，该研究提出了溶剂-阴离子双向SEI调控机制，导致形成富含LiF和Li₃N的SEI，为界面稳定提供了新见解。富含无机组分的均匀界面促进了致密的锂沉积，并有效抑制了锂枝晶的生长。结果表明，三氟甲基（–CF₃）与富电子羰基的直接相互作用使2,2,2-三氟-N-甲基乙酰胺（–C≡Oα3F）实现了最低的LUMO能级，促进了致密SEI的快速形成。此外，该分子与Li⁺的较低结合能加速了去溶剂化过程，显著增强了LMBs的反应动力学。因此，Li||Cu电池表现出高度可逆的锂沉积/剥离行为，库仑效率（CE）达98.3%；Li||Li对称电池稳定循环9000小时；Li||LiFePO₄（LFP）电池在2500次循环后仍保持81.7%的容量。在Li||LFP软包电池（正极面积容量为2.6 mAh cm⁻²）中，100次循环后容量保持率为96.7%。

Fluorinated Deep Eutectic Gel Electrolytes for Sustainable Lithium Metal Batteries.Journal of the American Chemical Society.Tongrui Zhang, Jiangtao Yu, Tianxing Lin, Yuqiu Song, Menglin Li, Yang Feng, Libo Song, Ying Jiang, Weiwei Xie, Yong Lu, Tianfei Liu, Kai Zhang, Jun Chen.

DOI: 10.1021/jacs.5c08642