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由于供氧溶劑的電負性很強，鋰金屬電池面臨著界面電荷轉移緩慢以及鋰金屬負極與電解質之間的副反應等問題。這些因素限制了鋰金屬電池在低溫下的可逆性和動力學性能。

在此，中國科學院金屬研究所李峰團隊采用了一種非溶解性助溶劑來削弱醚類溶劑中供體氧的電負性，從而使陰離子供體參與到 Li⁺ 的溶劑化結構中。該策略大大加快了 Li⁺ 的去溶劑化過程，并減少了溶劑對界面傳輸和穩定性的副作用。所設計的陰離子聚集電解質具有獨特的對溫度不敏感的溶劑化結構，可使鋰金屬負極在室溫和-20 ℃條件下獲得較高的平均庫侖效率。

在室溫、-20 ℃和-40 ℃條件下循環150次后，高負載LFP||Li電池顯示出100%的容量保持率，具有很高的可逆性。實用的1 Ah級LFP||Li軟包電池在室溫下充電和在-20 ℃ 和 -40 ℃ 下放電時，容量分別為室溫下的 81% 和 61%。

圖1. 溫度降低過程中的溶劑化結構演變行為

總之，該工作為了在實際條件下提高低溫鋰金屬電池的性能，作者開發了一種對溫度不敏感的溶解電解質。研究證明，非溶解性共溶劑和醚基溶劑之間的分子界面互作用可以削弱供體醚氧的電負性，并在溫度降低時獲得對溫度不敏感的陰離子聚集溶解。

該種策略有助于鋰金屬負極在低溫下實現快速穩定的界面傳輸，使用所提出的電解液對高負載 LFP||50 μm 鋰電池進行的電化學測試表明，在室溫、-20 和 -40 ℃ 下循環 150 次以上，電池具有高度可逆的循環性能。此外， 1 Ah 級 LFP||Li 軟包電池在-20 和-40 ℃下均表現出優異性能。因此，該項工作為設計低溫電池的電解質展示了一種新策略。

圖2. 低溫限制因素與鋰金屬電池的電化學性能

Designing Temperature-Insensitive Solvated Electrolytes for Low-Temperature Lithium Metal Batteries, Journal of the American Chemical Society 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c01735

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金屬所JACS：低溫鋰金屬電池溶劑化電解質的設計

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