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鋰金屬電池(LMBs)仍然受到鋰枝晶生長(zhǎng)和低溫下溶劑化結(jié)構(gòu)的限制。穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面（SEI）和溶劑鞘結(jié)構(gòu)是液態(tài)金屬電池未來(lái)的發(fā)展方向。然而，大多數(shù)人工SEI和電解質(zhì)無(wú)法滿足高電導(dǎo)率和低成核電位多功能設(shè)計(jì)的最初目標(biāo)。

上海電力大學(xué)李和興、閔宇霖等報(bào)道了一種耐高電流密度和具有低溫性能的新型碳酸酯電解液。

圖1 改性電解液作為界面改性劑穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極

這里通過(guò)添加4,4′-磺酰二苯酚（FS）和全氟正丁基磺酰氟（PBF）來(lái)改變碳酸酯電解液的溶劑鞘結(jié)構(gòu)，從而衍生出富氟（LiF）SEI界面層(改性電解液稱為PBF-FS-LPF₆)。FS作為一種高效的路易斯堿，可大大提高LiPF₆的穩(wěn)定性，從而避免HF的形成。

此外，新型碳酸酯電解液可以提高電解液在低溫下的電化學(xué)穩(wěn)定性和離子電導(dǎo)率，并避免由于鋰和SEI之間的強(qiáng)鍵合導(dǎo)致界面斷裂。因此，PBF-FS-LPF₆電解液可使鋰金屬負(fù)極實(shí)現(xiàn)高CE和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖2 Li||Cu電池和對(duì)稱電池性能

實(shí)驗(yàn)顯示，Li|| Cu電池可以在30 mA cm^-2和5 mAh cm^-2下穩(wěn)定循環(huán)近30次，在-30°C的惡劣環(huán)境下，Li||Cu電池在200次循環(huán)中平均CE仍達(dá)到98%。

此外，即使在-40 °C下，Li||LiFePO₄全電池在正極極限面積容量(5 mAh cm^-2)下經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后仍能保持90%的容量，而且在30℃時(shí)，Li||LFP電池在5C時(shí)可穩(wěn)定循環(huán)1200次，容量保持率達(dá)到93.5%?？紤]到添加劑的優(yōu)異性能和簡(jiǎn)單的制備工藝，該研究為開發(fā)具有富氟界面和溶劑鞘結(jié)構(gòu)的下一代低溫LMBs提供了新的機(jī)遇。

圖3 全電池性能

The Fluorine-Rich Electrolyte as an Interface Modifier to Stabilize Lithium Metal Battery at Ultra-Low Temperature. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202112764

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李和興/閔宇霖AFM：耐-40 °C超低溫的新型碳酸酯電解液

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