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提高鋰離子電池(LIBs)對全球極端溫度和氣候的耐受性對其全球推廣至關(guān)重要。然而，當(dāng)在寬溫度范圍（WT）內(nèi)操作時，LIBs對關(guān)鍵組分有更嚴(yán)格的要求，尤其是同時要求良好的界面動力學(xué)和熱穩(wěn)定性。

胡先羅教授AEM：具有溶劑化結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)和電極/電解質(zhì)界面操縱的多功能電解質(zhì)添加劑助力低溫鋰電

在此，華中科技大學(xué)胡先羅教授團(tuán)隊報道了一種新型多功能電解液添加劑N-叔丁基-2-噻吩磺酰胺(NTSA)用于制備寬溫條件下穩(wěn)定的鋰離子電池。電解質(zhì)中的鋰離子溶劑化結(jié)構(gòu)受到調(diào)節(jié)，導(dǎo)致優(yōu)異的Li+傳輸。

有效的NTSA添加劑優(yōu)先分解形成均勻的電極/電解質(zhì)界面，可在正極和負(fù)極表面上同時具有豐富的多相無機(jī)Li-F、Li₃N和Li-S物質(zhì)。所得的富含無機(jī)物的界面不僅可以促進(jìn)低溫下的界面鋰離子轉(zhuǎn)移動力學(xué)，而且可以保護(hù)活性材料并增強(qiáng)高溫下界面和LIB電池的熱穩(wěn)定性。

圖1. 電解質(zhì)中的Li+溶解結(jié)構(gòu)

總之，這項工作開發(fā)了一種多功能電解液添加劑NTSA，推動了鋰離子電池在WT范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。NTSA添加劑不僅調(diào)節(jié)Li+溶劑化結(jié)構(gòu)(特別是Li+和FEC溶劑的配位)，而且同時構(gòu)建具有豐富的Li-F、Li₃N和Li-S無機(jī)物種致密的CEI和SEI。

受益于穩(wěn)定的CEI/SEI，電解質(zhì)和界面中的Li+傳輸動力學(xué)被大大增強(qiáng)，并且界面和體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性顯著提高。單個電池可實(shí)現(xiàn)在低溫下優(yōu)異的Li+動力學(xué)和在高溫下的熱穩(wěn)定性。

此外，LCO||ω-LVO LIB采用含NTSA的電解質(zhì)，在-20°C時實(shí)現(xiàn)了100.1 mAh g^-1(0.2 A g^-1)的驚人容量，在55°C時實(shí)現(xiàn)了94.5%(0.5 A g-1)的高容量保持率。因此，這項工作為開發(fā)具有多功能的獨(dú)特電解質(zhì)添加劑提供了實(shí)用策略，以提高WT范圍內(nèi)的穩(wěn)定高性能LIB。

圖2. LCO||ω-LVO電池的實(shí)用性

A Multifunctional Electrolyte Additive With Solvation Structure Regulation and Electrode/Electrolyte Interface Manipulation Enabling High-Performance Li-Ion Batteries in Wide Temperature Range, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202203449

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