面向高能量电池氢氟醚溶剂的模拟引导分子设计

电解质设计对于实现具有更高能量密度的下一代电池至关重要。氢氟醚（HFE）溶剂已引起大量关注，因为基于 HFE 的电解质显示出提供高度期望特性的巨大前景，包括高氧化稳定性、离子导电性以及增强的锂金属相容性。然而，高性能 HFE 溶剂的结构-动力学-性质关系与设计原则仍知之甚少。在此，我们通过系统性改变聚醚和碳氟结构构建单元提出了四种新型不对称 HFE 设计。通过利用分子动力学（MD）建模分析溶剂化结构并预测相应 1 M 双(氟磺酰)亚胺锂（LiTFSI）溶液的性质，我们基于高导电性、溶剂化物种分布和氧化稳定性筛选出最有前景的候选者以进行广泛电化学表征。所配制的电解质表现出与模拟预测一致的性质，并且与基准电解质相比，在锂金属电池中循环时显示出大幅改善的容量保持率以及库仑效率。本工作例证了从构建单元功能基团构建候选电解质，以设计基础溶剂化结构来获得期望的电解质性质，并引导新溶剂材料的发现与合理设计。