近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员陈忠伟、研究员罗丹、研究员汪冬冬团队联合东南大学教授郭新立团队，在低温锂金属电池研究领域取得新进展。团队提出一种“极性对比”电解液设计策略，提升了锂金属电池在极端低温环境下的动力学特性与电化学稳定性。该工作为构建耐低温、阴离子主导型溶剂化结构提供了新的电解液设计思路。相关成果发表在《美国化学会志》。
低温条件下，锂金属电池因电解液离子传输缓慢、Li脱溶剂化动力学迟滞、界面副反应加剧等问题，导致电池容量衰减严重、循环稳定性差，限制了其在极端环境储能、电动汽车及航空航天等领域的应用。
为解决上述问题，团队提出了一种“极性对比”电解液设计策略，通过调控阴离子与溶剂之间的离子―偶极相互作用，在低温条件下构建了稳定的阴离子主导溶剂化结构。通过精确调节离子―偶极和偶极―偶极相互作用，该成果实现了低温下的阴离子配位转变，为低温锂金属电池电解液设计提供了新思路。基于该策略，电解液可诱导形成富LiF的SEI膜，实现低温下均匀的锂沉积与高可逆的锂沉积/剥离行为。
研究表明，Li||SPAN全电池在-40℃、4.5 mAh cm-2高面容量条件下，循环150圈后仍保持80%的容量；Ah级软包电池在-20℃下稳定循环50圈，表现出较好的低温循环稳定性与容量保持率。
该研究揭示了低温环境下溶剂化结构动态演化的新机制，为低温锂金属电池电解液设计提供了新的理论依据与研究思路。
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