目前現(xiàn)有的基于碳酸酯的商業(yè)電解液無法滿足極限二次儲能電池的大部分要求，如期望具有支持較高電壓（≥4.5 V）、寬溫度范圍（±60 ℃）充放電和不可燃性的能力。這類極端條件下的堿金屬離子電池的開發(fā)對航空國防、國計民生、極地勘探等領(lǐng)域有著重大的科學(xué)意義。然而，在極端低溫條件下和高溫高壓的條件下，仍然無法實現(xiàn)高比能和高安全電池的運用。

圖1 Nature Reviews Materials的亮點報道

研究通過調(diào)整強(qiáng)溶劑化（SS）和弱溶劑化（WS）混合溶劑中的溶劑化熵來拓寬電解液的使用溫度，電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)可以在低溫下自發(fā)轉(zhuǎn)變，以避免鹽的沉淀，賦予電解液以溫度適應(yīng)性的特點。研究結(jié)果表明，這種溫度適應(yīng)性電解質(zhì)確保了硬碳||Na2/3Ni1/4Cu1/12Mn2/3O2全電池優(yōu)異的低溫性能，在-40 ℃下400次循環(huán)的容量保持率達(dá)到90.6%。該成果闡明了熵調(diào)整的重要性，為設(shè)計低溫電解液提供了一個新的觀點。

圖2 低溫電解液的設(shè)計策略

在極端條件二次電池領(lǐng)域，尤雅教授研究團(tuán)隊前期通過引入一種除水劑實現(xiàn)低冰點的環(huán)狀醚在低溫電解液中的運用（Angew. Chem. Int. Ed.,?2023, 62, e202300238）。針對鋰離子電池正極材料高電壓下易析氧并引發(fā)電池安全性和電化學(xué)性能衰減的問題，利用溶劑化結(jié)構(gòu)的設(shè)計來構(gòu)筑富磷酸鹽的界面，以解決高電壓下電化學(xué)性能和安全雙重隱患（Adv. Mater.,?2023, 35, 2210966）。為了對鋰電池電解液的安全性提供設(shè)計思路以及對電解液安全性評估的規(guī)范化，與安全科學(xué)與應(yīng)急管理學(xué)院李開源教授合作，提出了阻燃電解液的評估標(biāo)準(zhǔn)以及阻/不燃電解液的設(shè)計準(zhǔn)則（ACS Energy Lett., 2023, 8, 836）。上述研究為進(jìn)一步拓寬電池應(yīng)用領(lǐng)域，突破電池應(yīng)用極限提供了理論和技術(shù)支撐。