可充电的锂金属电池具有高达3860 mAh g-1的理论比容量，是一款极具发展前景的高能量密度电池。然而该电池在充放电过程中会产生大量枝晶，枝晶不仅会断裂和加速电解液分解导致电池容量衰减，还可能刺透隔膜使电池短路引发严重安全问题。美国能源部西北太平洋国家实验室Ji-Guang Zhang教授研究团队设计合成了一种全新的局部高浓度电解质应用于锂金属电池，有效地抑制了锂枝晶的形成，大幅增强了电池循环寿命。研究人员采用“惰性”稀释剂2,2,2,-三氟乙基醚（BTFE）稀释高浓度电解质双氟磺酰亚胺锂碳酸二甲酯混合液（LiFSI/DMC，双氟磺酰亚胺锂浓度为5摩尔），以获得局部1.2摩尔高浓度电解质双氟磺酰亚胺锂的碳酸二甲酯/2,2,2-三氟乙基醚混合溶剂（LiFSI/DMC-BTFE）。接着以锂金属为负极、锂镍锰氧化合物为正极，与LiFSI/DMC-BTFE结合组装成完整的锂金属电池。电化学性能测试显示，在2 mA cm-2（2C倍率）的恒电流充放电循环下，采用传统电解质的电池获得了140 mAh g-1的放电比容量，100次循环后容量大幅衰减至初始状态的40%，库伦效率不到98%；相反，采用局部高浓度新型电解质LiFSI/DMC-BTFE的电池获得了高达150 mAh g-1的放电比容量，且300次循环后仍可维持初始容量的95%，库伦效率高达99.5%，而当降低倍率至C/2时，电池表现出更强的循环寿命，700次循环后容量保持率超过80%，表现出极其优异的循环稳定性。通过对充放电循环产物的扫描电镜表征，结果显示采用新型局部高浓度电解质电池的电解液和电极表面没有形成树突状的产物，也即采用LiFSI/DMC-BTFE电解质确实有效地抑制了锂枝晶的形成。该项研究设计开发了全新的局域高浓度电解液，有效地抑制锂枝晶生长，大幅增强锂金属电池的循环寿命，不仅为锂金属电池性能改进提供了新方向，这一局部高浓度电解质概念也还可以延伸拓展应用到其他电解液的锂金属电池，如锂硫电池、锂空气电池等，具备了良好的可扩展性。相关研究工作发表在《Advanced Materials》 。
