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鋰基電池在低溫下的穩(wěn)定運行對于寒冷氣候下的應用至關重要。然而，低溫運行受到了電解質主體和電極-電解質界面動態(tài)不足的困擾。

圖1. 低溫鋰金屬電池聚合物電解質的設計

華中科技大學郭新、中國科學院物理所王雪鋒等報告了一種準固態(tài)聚合物電解質，其在-20℃時的離子傳導率為2.2×10^-4 S cm^-1。具體而言，這項工作展示了一種通過原位聚合含有1,3,5-三氧烷- 2,2,2-三氟-N, N-二甲基乙酰胺-二氟草酸硼酸鋰（TXE-FDMA-LiDFOB）前體而合成的聚合物基電解質；該電解質能夠在低溫下實現(xiàn)快速離子傳輸和可逆循環(huán)。

這背后的原理是FDMA和LiDFOB的LUMO水平相對較低，這會引發(fā)分解為具有較少Li₂CO₃相的雙層SEI，與傳統(tǒng)低溫SEI的晶體結構明顯不同。同時，所設計的聚合物電解液通過原位構建非晶態(tài)CEI有效地穩(wěn)定了NCM811正極，從而抑制了副反應、相變和應力腐蝕開裂。

圖2. 設計的聚合物電解質在不同溫度下的電化學性能

因此，在SEI和CEI層的保護下，鋰枝晶和”死”鋰的形成被抑制，兩個電極的退化被有效防止。因此，基于該聚合物電解質的Li||NCM811軟包電池的工作溫度降低到了-48.2℃，Li||NCM811扣式電池在100 mA/g的條件下保持了200次以上的穩(wěn)定循環(huán)，并且分別在30℃（100 mA/g）、-20℃（20mA/g）和-30℃（20mA/g）的條件下提供了198?mAh?g^?1、151 mAh?g^?1、92 mAh?g^?1的高初始容量。

圖3. 不同溫度下循環(huán)的Li||NCM811電池的電化學性能

Tailoring polymer electrolyte ionic conductivity for production of low- temperature operating quasi-all-solid-state lithium metal batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-35857-x

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Nature子刊：準固態(tài)聚合物電解質助力鋰金屬電池-48.2℃運行！

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