硅（Si）基電池只能在狹窄的溫度范圍內(nèi)工作，由于電荷轉(zhuǎn)移和離子擴(kuò)散過程遲緩，它們在零度以下的工作受到嚴(yán)重阻礙。

蘇州大學(xué)鄭洪河、同濟(jì)大學(xué)羅巍等在此定制了一種弱溶劑化電解液，它通過降低Li⁺溶劑化能力的氟化結(jié)構(gòu)繞過了Li⁺的脫溶劑化困難。

圖1. 不同電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)的示意圖

具體而言，這項(xiàng)工作采用的電解液是1.0 M雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）-FEC/雙（2,2,2-三氟乙基）碳酸酯（BTFC）/三氟乙酸乙酯（ETFA）（體積比為2:2:6）。在這種設(shè)計(jì)中，F(xiàn)EC/BTFC混合物體現(xiàn)了傳統(tǒng)配方中EC/碳酸二乙酯（DEC）溶劑的氟化形式，旨在降低電解液的溶劑化能力，并為SEI/CEI的形成提供F源，而ETFA是源于乙酸乙酯(EA)的低分子短鏈酯，具有低粘度、低凝固點(diǎn)(-78 ℃)、低成本，最重要的是，具有三個(gè)H原子取代的超低溶劑化能力F，使其成為進(jìn)一步削弱Li⁺-溶劑親和力的理想稀釋劑。這樣的溶劑設(shè)計(jì)還能使陰離子更多地參與到溶劑化鞘中，從而誘導(dǎo)FSI-先還原形成富含無機(jī)物的SEI。

圖2. 電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)表征

受益于上述電解液的合理設(shè)計(jì)，硅的可循環(huán)性在室溫條件下延長了200次（每循環(huán)的容量衰減率為0.0945%）。另外，即使在-20℃，硅電極仍然提供高達(dá)2005.7 mAh g^-1的放電容量，并持續(xù)200次循環(huán)。當(dāng)與商業(yè)化的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正極配對后，全電池在-20℃下充/放電時(shí)的容量為104.6 mAh g^-1，并在100次循環(huán)中表現(xiàn)出相當(dāng)穩(wěn)定的性能。

圖3. Si電極的低溫性能

Electrolyte Solvation Engineering toward High-Rate and Low-Temperature Silicon-Based Batteries. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01840