与非水系锂离子电池相比，水系锂离子电池(ALIBs)因其高安全性、低成本和低环境影响而备受关注，因此在电子设备、电网规模存储系统等领域具有广泛的应用前景。然而，ALIBs的应用受到其低实际电压和与水系电解液狭窄电化学稳定性窗口（ESW）兼容的有限数量的合适电极化学的阻碍。新型高浓度水系电解液，也称为“盐包水”电解液 (WiSE)，通过形成固体电解质界面(SEI)，可将ESW显著扩展至约3.0 V。不幸的是，SEI 动力学稳定性的改善不能仅通过增加盐浓度来实现，尤其是当负极电位变得更负时，水会优先分配到负极界面，从而导致SEI 裂缝中析氢。这种挑战从根本上限制了负极材料的选择。因此，克服这些限制以允许更广泛的活性材料选择是使ALIBs具有更高电压和更高能量密度的关键。

众所周知，金属表面化学吸附的聚丙烯酰胺（PAM）可以保护金属免受H⁺的侵蚀，PAM已被广泛用作金属保护技术中的有效缓蚀剂。

受以上知识的启发，意大利米兰理工大学Jie Li教授在WiSE中应用PAM作为有效的电解液添加剂，以稳定负极/电解质界面。由于PAM参与了Li⁺的初级溶剂化鞘层，PAM在电极表面的化学吸附形成了一个富含聚合物的层，它不仅从电极表面排出水分子和Li⁺（H₂O）_n，而且还参与了界面化学。因此，WiSE的电化学稳定性窗口变宽。受益于此，LiMn₂O₄||L-TiO₂全电池显示出良好的循环稳定性和更快的活化。这种由聚合物物种提供的界面辅助新机制对未来高压ALIBs的新型电解液和界面化学的设计具有指导意义。

文章亮点：

1. PAM最大限度地减少了负极/电解质界面处自由水分子的存在，加速了TFSI-阴离子的分解，并使SEI的结构致密化。

2. 添加PAM后，WiSE显示更宽的ESW为 3.1 V（1.8-4.9 V，相对于Li|Li⁺）。

3. 在 21 mol kg^-1 LiTFSI电解液中添加5 mol% PAM后，LiMn₂O₄||L-TiO₂全电池表现出增强的循环稳定性，在1 C下循环100次后容量保持率为86%。

图1 电解液的结构及电化学窗口对比

图2 PAM对SEI的影响

图3 电化学性能对比

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202107252