電動(dòng)汽車、大規(guī)模儲(chǔ)能、極地研究、深空探索等都對儲(chǔ)能電池的能量密度和低溫性能提出了更高的要求，近年來，具有鋰金屬負(fù)極高比容量的鋰金屬電池成為最有前景的高能量密度電池之一。
然而，在碳酸鹽電解質(zhì)中，溶劑分子與Li+相互作用強(qiáng)烈，阻礙了Li+的遷移和鋰金屬界面的穩(wěn)定性。這一限制限制了鋰金屬電池在低溫環(huán)境下的應(yīng)用。
中國科學(xué)院金屬研究所李鋒教授團(tuán)隊(duì)提出一種新的電解質(zhì)設(shè)計(jì)策略，通過調(diào)控溶劑中氧鍵的能量，實(shí)現(xiàn)鋰金屬電池在低溫條件下的優(yōu)異性能。
該研究成果作為補(bǔ)充封面文章發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)志》上。
本研究發(fā)現(xiàn)溶劑中氧鍵能與離子配位和界面?zhèn)鬏斆芮邢嚓P(guān)，并闡明了砜(S=O)、酯(C=O)、醚(C–O)等不同氧鍵對電解質(zhì)結(jié)構(gòu)和溫度適應(yīng)性的影響。
通過大量篩選，選定了氧鍵較弱的四氫呋喃類醚類溶劑，在此基礎(chǔ)上利用氟化溶劑與醚類溶劑分子之間的氫鍵進(jìn)一步減弱Li+與溶劑之間的相互作用。
該策略顯著加速了Li +的脫溶過程，降低了溶劑對界面?zhèn)鬏敽头€(wěn)定性的副作用，鋰金屬電池在室溫、-20℃和-40℃條件下經(jīng)過150次循環(huán)后仍表現(xiàn)出較高的可逆性，容量保持率為100%。
這是目前文獻(xiàn)報(bào)道的最穩(wěn)定的低溫鋰金屬電池之一，實(shí)用化的Ah級電池在該新型電解液中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，該策略為低溫電池電解液的開發(fā)提供了一種新方法。
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