鉀離子電池（PIBs）在極端溫度下經歷了受限的去溶劑化過程、不穩定的界面和嚴重的容量退化，這阻礙了其作為鋰離子電池替代技術的應用。

在此，浙江大學范修林團隊開發了一種僅由熱穩定性 PC 和雙氟磺酰基酰胺鉀（KFSI）配制的 PC 基電解質，用于生產具有全氣候適應性的可持續 PIB。通過調節離子溶劑配位結構制備的高濃度電解質可有效緩解低溫充放電動力學緩慢和高溫界面穩定性不足的難題。研究發現，高濃度電解液削弱了 PC 與 K⁺ 之間的親和力，形成了更有利的接觸離子對（CIP）和聚合體（AGG）溶劑化結構，促進了石墨表面的去溶劑化，形成了穩健的陰離子衍生富 KF 界面，從而提高了石墨負極的電化學穩定性。

此外，在與K-FeHCFe正極一起使用時，基于 PC 的電解質表現出更強的電化學性能。因此，使用 4.0 M PC-KFSI 的石墨||K 半電池在 0 ℃ 溫度下 6 個月以上無衰減，可提供 ~220 mAh g^-1 的高可逆容量，即使在升溫至 60 ℃ 時也能保持穩定循環。此外，采用這種設計的電解質的石墨||K FeHCFe 全電池顯示出卓越的長期循環穩定性（高達 1000 次循環）和可變溫度可逆性（-20 至 60 ℃）。

圖1. 基于PC的電解質的動力學行為

總之，該工作通過調節離子溶解配位結構，使基于 PC 的電解質在全氣候 PIB 中仍保持優異性能。作者以 PC 溶劑和高離子電導率的 KFSI 鹽為基礎，獲得了富含 AGG 和 CIP 溶劑化結構的高濃度電解質。合理設計的 4.0 M PC-KFSI 電解質可在石墨負極上形成高熱穩定的陰離子衍生富 KF 相，并實現低去溶劑化屏障，從而在極端環境下實現穩定的K嵌入/脫出行為。

具體而言，石墨負極的可逆容量大于 220 mAh g^-1，在 0℃下 200 天后容量保持率為 96.6%，在 25℃下 400 個循環后容量保持率為 93.6%，在 60℃下 500 個循環后容量保持率為 99.0%。值得注意的是，高濃度 4.0 M PC-KFSI 電解液還被證明能使石墨||K-FeHCFe 全電池在 -20 至 60 ℃ 的寬溫度范圍內穩定運行達 1000 個循環。因此，該項工作提出了通過調節離子溶劑配位結構來配制適應各種氣候條件的電解液，為在極端溫度下運行的電池系統開辟了新的途徑。

圖2. 電池性能

Rejuvenating Propylene Carbonate-based Electrolytes by Regulating the Coordinated Structure toward All-Climate Potassium-Ion Batteries，Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee03340f