近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員陳忠偉、研究員羅丹、研究員汪冬冬團(tuán)隊(duì)聯(lián)合東南大學(xué)教授郭新立團(tuán)隊(duì)，在低溫鋰金屬電池研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)提出一種“極性對(duì)比”電解液設(shè)計(jì)策略，提升了鋰金屬電池在極端低溫環(huán)境下的動(dòng)力學(xué)特性與電化學(xué)穩(wěn)定性。該工作為構(gòu)建耐低溫、陰離子主導(dǎo)型溶劑化結(jié)構(gòu)提供了新的電解液設(shè)計(jì)思路。相關(guān)成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)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(dòng)力學(xué)遲滯、界面副反應(yīng)加劇等問(wèn)題，導(dǎo)致電池容量衰減嚴(yán)重、循環(huán)穩(wěn)定性差，限制了其在極端環(huán)境儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車及航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用。
為解決上述問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)提出了一種“極性對(duì)比”電解液設(shè)計(jì)策略，通過(guò)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(dǎo)溶劑化結(jié)構(gòu)。通過(guò)精確調(diào)節(jié)離子—偶極和偶極—偶極相互作用，該成果實(shí)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(shè)計(jì)提供了新思路�；谠摬呗�，電解液可誘導(dǎo)形成富LiF的SEI膜，實(shí)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(jí)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(dòng)態(tài)演化的新機(jī)制，為低溫鋰金屬電池電解液設(shè)計(jì)提供了新的理論依據(jù)與研究思路。
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