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電動汽車和航空用鋰離子電池(LIBs)要求能量密度高、充電快和工作溫度范圍寬。因此，研究要求電解質(zhì)需同時具有高離子電導(dǎo)率、低溶劑化能和低熔點，并形成陰離子衍生的無機界面相。

在此，浙江大學(xué)范修林、馬里蘭大學(xué)王春生和布魯克海文國家實驗室胡恩源等人建立了一套溶劑篩選描述符，用于篩選寬溫域內(nèi)快速離子動力學(xué)的潛在溶劑。具體而言，該工作提出新的參數(shù)可以描述鋰離子在液態(tài)電解液和固態(tài)電解質(zhì)中的傳輸行為并且提出并驗證了一種“配體通道促進傳輸”機制，其中鋰離子與內(nèi)外溶劑化鞘層中的小尺寸溶劑相互作用，形成了一個連續(xù)的鋰離子傳輸通道，加速鋰離子在電解液中的擴散。與此同時，第一層溶劑化鞘中的小尺寸溶劑也使得陰離子與鋰離子結(jié)合，形成陰離子衍生的界面膜。

基于此，作者設(shè)計出一種新型電解液[1.3M雙氟磺酰亞胺鋰鹽（LiFSI）/氟乙腈（FAN）]，同時實現(xiàn)寬溫高離子電導(dǎo)率（25°C：40.3 mS/cm,-70°C：11.9 mS/cm）并生成LiF-LixN-rich穩(wěn)定界面。結(jié)果顯示，該電解液使得石墨||NMC811電池在6C高倍率下實現(xiàn)超3000圈的穩(wěn)定循環(huán)，以及1.2 Ah 石墨||NMC811軟包電池在-50°C下可逆充放電超150圈無明顯容量衰減。

圖1. FAN基電解液的性質(zhì)及離子傳輸機制

總之，該工作利用配體通道促進離子傳輸機制的優(yōu)勢，設(shè)計了一種獨特的電解質(zhì)（1.3 M LiFSI/FAN），其具有較小的溶劑化鞘以及良好的快速溶解-解溶能力。結(jié)果顯示，F(xiàn)AN基電解質(zhì)具有超高的離子電導(dǎo)率：在 25 °C 時為 40.3 mS cm^-1，在 -70 °C 時為 11.9 mS cm^-1。

此外，其還實現(xiàn)了快速電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)，并促進LiF-LixN-rich SEI的形成，進而實現(xiàn)在超高速充電和超高溫條件下的出色電池性能。實用的 1.2Ah 石墨||NMC811 軟包電池使用 FAN 基電解液可提供 0.73 mAh g^-1 的高可逆容量。在零下 50 °C（零下 65 °C 時為 0.62 Ah）時，電池容量為 0.73 Ah，150 個循環(huán)后容量無衰減。因此，該工作機制可推廣到其他金屬離子電池電解質(zhì)。

圖2. FAN基電解質(zhì)在極端條件下的電化學(xué)性能

Ligand-channel-enabled ultrafast Li-ion conduction, Nature 2024 DOI:10.1038/s41586-024-07045-4

原創(chuàng)文章，作者：Jenny（小琦），如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/03/21/f016da8174/

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?Nature：配體通道實現(xiàn)超快鋰離子傳導(dǎo)

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