近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員陳忠偉、研究員羅丹、研究員汪冬冬團隊聯(lián)合東南大學教授郭新立團隊，在低溫鋰金屬電池研究領域取得新進展。團隊提出一種“極性對比”電解液設計策略，提升了鋰金屬電池在極端低溫環(huán)境下的動力學特性與電化學穩(wěn)定性。該工作為構(gòu)建耐低溫、陰離子主導型溶劑化結(jié)構(gòu)提供了新的電解液設計思路。相關(guān)成果發(fā)表在《美國化學會志》。
低溫條件下，鋰金屬電池因電解液離子傳輸緩慢、Li脫溶劑化動力學遲滯、界面副反應加劇等問題，導致電池容量衰減嚴重、循環(huán)穩(wěn)定性差，限制了其在極端環(huán)境儲能、電動汽車及航空航天等領域的應用。
為解決上述問題，團隊提出了一種“極性對比”電解液設計策略，通過調(diào)控陰離子與溶劑之間的離子—偶極相互作用，在低溫條件下構(gòu)建了穩(wěn)定的陰離子主導溶劑化結(jié)構(gòu)。通過精確調(diào)節(jié)離子—偶極和偶極—偶極相互作用，該成果實現(xiàn)了低溫下的陰離子配位轉(zhuǎn)變，為低溫鋰金屬電池電解液設計提供了新思路。基于該策略，電解液可誘導形成富LiF的SEI膜，實現(xiàn)低溫下均勻的鋰沉積與高可逆的鋰沉積/剝離行為。
研究表明，Li||SPAN全電池在-40℃、4.5 mAh cm-2高面容量條件下，循環(huán)150圈后仍保持80%的容量；Ah級軟包電池在-20℃下穩(wěn)定循環(huán)50圈，表現(xiàn)出較好的低溫循環(huán)穩(wěn)定性與容量保持率。
該研究揭示了低溫環(huán)境下溶劑化結(jié)構(gòu)動態(tài)演化的新機制，為低溫鋰金屬電池電解液設計提供了新的理論依據(jù)與研究思路。
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