锂（Li）金属电池作为下一代储能器件备受关注。然而，锂金属负极的实用化受到循环寿命差的阻碍，由于不可控的锂/电解质副反应以及由此产生的不稳定且脆弱的固体电解质界面（SEI）。随后，SEI开裂、锂枝晶生长和形成“死锂”等问题引发恶性循环，导致锂不可逆消耗，最终使电池失效。

电解液工程被认为是一种具有成本效益且实用的手段来解决根本原因，即锂金属负极和电解质之间无法控制的副反应。通过微调电解液的成分，可调控SEI化学组分和Li形貌来提高锂金属的可循环性。已有几种有前景的策略，包括高浓度电解质、局部高浓度电解质、混合溶剂、添加剂、液化气电解质、双盐双溶剂电解质和单盐单溶剂电解质。

为了实现实用的锂金属或无负极电池，电解液应同时满足如下几个关键的要求。首先，包括初始循环在内的高库仑效率（CE），即锂金属负极的快速活化；第二，负极稳定性，避免正极腐蚀；第三，贫电解液和存锂容量有限等的实际工作环境下，电解液消耗少；第四，合适的锂盐浓度，具有成本效益；最后，高沸点以及没有任何放气问题，以确保可加工性和安全性。

除了上述要求外，实际循环倍率另一个关键参数是高离子电导率。已有报道使用弱溶剂化的溶剂来改善锂金属稳定性。然而，溶剂化不足会导致离子聚集、离子运动不良和盐溶解度低，导致离子电导率低。因此，需要微调溶剂的溶剂化程度来同时实现锂金属的循环性、氧化稳定性和电解液的离子电导率。

这项工作系统地研究了一系列易于大规模合成的用作电解液溶剂的氟化1,2-二乙氧基乙烷（氟化DEE）分子。通过在1,2-二乙氧基乙烷（DEE，不同于二乙醚）上的选定位置迭代调整用不同数量的氟（F）原子官能化，以达到 CE、氧化稳定性和离子传导之间的平衡。与1.2 M双（氟磺酰基）亚胺锂（LiFSI）搭配使用，基于氟化DEE的单盐单溶剂电解质被完全表征，其Li+-溶剂结合能和几何形状(来自密度泛函理论(DFT)计算)，溶剂化环境(来自溶剂化自由能测试，7锂核磁共振(NMR)、分子动力学模拟和扩散有序光谱(DOSY)和电池的结果(测得的离子电导率和电池过电位)是密切相关的。

上述研究得出了一个意想不到的发现：部分氟化的局部极性-CHF2基团比完全氟化的-CF3具有更高的离子传导性，同时仍保持出色的电极稳定性。具体而言，性能最佳的F4DEE和F5DEE溶剂均含有-CHF2基团。除了高离子电导率和低且稳定的过电位外，还实现了大约99.9%的CE（波动为±0.1%）以及快速活化，即Li|| 铜(Cu)半电池的CE从第二个周期开始达到>99.3%。由于适量氟化的氧化稳定性，也抑制了铝(Al)腐蚀。这些特性可在薄锂（50-μm厚）||高负载-NMC811（LiNi0.8Mn0.1Co 0.1O2，大约4.9 mAh cm-2）全电池中实现大约270次循环和无负极Cu||微粒-LFP (LiFePO4，大约2.1 mAh cm-2)工业软包电池>140次快速循环，这两种电池都是最佳的性能。

总的来说，这项研究成果成功研究了一系列用于锂金属电池的氟化-DEE基电解质，其中部分氟化的-CHF2基团是合理化的选择。所开发的电解液，尤其是F4DEE和 F5DEE，同时具有高离子电导率、低且稳定的界面传输、可重现的高锂金属效率（对于Li||Cu半电池中的1.2 M LiFSI/F5DEE，高达99.9 %，波动仅为±0.1% )、创纪录的快速活化（Li||Cu 半电池的第二个循环内CE > 99.3%）和高电压稳定性。这些特性使锂金属电池和无负极软包电池在贫电解质和真实测试条件下具有较长的循环寿命。全面的形态学表征和SEI观察揭示了扁平的Li沉积以及理想的阴离子衍生的SEI。Li+-溶剂配位、溶剂化结构和电池性能进行了交叉验证，并理清了它们之间的相关性。该工作强调了锂金属电池电解液研究中关键但研究较少的方向，即快速离子传导。通过微调溶剂的溶剂化能力来实现快速离子传导和电极稳定性之间的平衡是至关重要的，而分子设计和合成工具在其中发挥着重要作用。相信合理的分子水平设计和化学合成可以赋予电解液在未来发现更多的机遇。