低碳能源是降低碳排放和可持续发展的重要方向,电化学储能作为其中重要的一环,其市场规模将越来越大。目前,以石墨为负极的锂离子电池容量逐步接近其理论极限,但仍无法满足市场对于更高能量密度储能的需求。用具有更低电势和更高容量的锂金属替代石墨作负极是发展下一代高能量密度锂电池的有效策略。然而,锂金属负极的商业化应用依然面临许多问题和挑战,比如,锂金属在循环过程中,由于其巨大体积变化,会导致固态电解质界面（SEI）层被反复破坏和重新形成,从而导致锂金属负极与有机液态电解质的持续消耗,使得锂金属电池的容量快速衰减。另外,锂金属在沉积/脱出过程中,由于其不均匀沉积/脱出,会导致锂枝晶生长,产生“死锂”以及内部短路,进而引起锂金属的安全性问题。为了解决这些问题,研究人员从锂合金负极、电极结构设计、人工SEI以及电解液添加剂等方面进行研究,提出了一系列解决方法。相比于上述策略,开发新型电解液添加剂是一种更有效的方法,其能够在不改变现有电池组装工艺的同时,直接调控锂金属负极固态电解质界面层的组成,改善固态电解质界面层的稳定性,从而实现抑制锂枝晶生长,提高锂金属电池电化学稳定性以及安全性。为了提高锂金属负极的稳定性,我们的研究方向主要集中在有机液态电解质的氟化物添加剂。含氟电解液添加剂具有优异的热和化学稳定性,能够提高电解液的耐氧化性,并能形成更稳定的固态电解质界面（SEI）和正极电解质界面（CEI）。本论文首先介绍通过热注入法制备作为有机液态电解质添加剂的纳米多孔氟化锂（LiF）;随后使用多种先进的表征手段解释了多孔纳米LiF作为电解液添加剂的作用机理;最后为了进一步提升其作为阻燃剂的效果,我们在纳米多孔 LiF表面修饰了含磷的有机物。主要研究内容包括:1.首先摸索了热注入法制备各类氟化物纳米颗粒的合成条件,并研究了合成的氟化锂、氟化钙、氟化镁和氟化铝的物相以及形貌。在将它们加入电解液的过程中,只有LiF能够稳定存在于碳酸酯类电解液体系中。随后的研究证明我们合成的氟化锂是一种空心并具有高孔隙率和比表面积的多孔纳米颗粒。因此,这种LiF能够在液态电解质中均匀分散,当其在电极表面上时,由于低的扩散势垒也不会阻碍锂离子传输,从而实现均匀的锂沉积。我们提出将纳米多孔LiF作为电解液添加剂的设计,为拓展新型电解质添加剂提供了参考。2.在上述LiF合成和电解液调控的基础上,我们进一步解析了纳米多孔 LiF提升锂金属电池性能的作用机理。通过冷冻透射电子显微镜、X射线光电子能谱、密度泛函理论计算和ab initio分子动力学模拟等实验及计算,我们证明了得益于LiF的高比表面暴露出大量高活性LiF（111）晶面,使其能够与电解液中的溶剂分子之间产生强的相互作用,从而增加溶剂化的LiF含量。并在电化学循环过程中,随着溶剂一起进入到固体电解质界面（SEI）层中导致了 SEI中高的氟含量（＞30%）。这种富氟化SEI能够提升锂金属负极的稳定性,在高面电流密度（4 mA cm-2）和高面容量（4 mAh cm-2）下也能够非常稳定地循环。3.进一步地,我们发现添加了这种多孔氟化锂纳米颗粒在普通商业碳酸酯类电解液表现出良好的分散性和一定的不易燃性。基于此,我们通过改变合成过程所使用的溶剂制备出了表面修饰六甲基磷酸三胺的氟化锂（LiF-HMPA）纳米颗粒。这种新型溶剂分子修饰策略,在保留了纳米多孔LiF添加剂优点的同时又带来了新的优势,比如使得电解液阻燃效果提升,从而提升了电池整体的安全性。这得益于LiF-HMPA表面富含大量的P-N和P-O键可以有效阻断H·和OH·自由基的燃烧反应。这种表面修饰在不阻碍电解液中锂离子传导率的同时提升了锂金属负极的稳定性。这种对纳米多孔LiF添加剂表面进行功能化修饰的策略,为增强锂金属电池安全性提供了一种新的方案。