低温对目前锂离子电池（LIBs）的生存提出了重大挑战，因为它会导致低容量保持和差的电池充电性。商用LIBs中的电解液过于依赖碳酸乙烯酯（EC），以在石墨（Gr）负极上产生稳定的固体电解质界面相（SEI），但其高熔点（36.4℃）严重限制了0℃以下的离子传输，并导致能量损失和析锂发生。

鉴于此，清华大学张强教授报告了一类不含EC的电解液，它在不影响电池寿命的情况下表现出显著的低温性能。研究发现，在零度以下的温度下，EC形成的高电阻SEI严重阻碍了电极动力学，而无EC电解液通过阴离子分解形成了高度稳定的低阻抗SEI，从而提高了容量保持率并消除了充电过程中的析锂。此外，使用无EC电解液的软包LiCoO2(LCO)|Gr电池在25℃下以1C可持续循环900次，LiNi0.85Co0.10Al0.05O2(NCA)|Gr电池在−15℃下以0.3C可持续循环300次，两者在可比条件下都属于文献中表现最好的。即使在−50℃时，采用无EC电解液的NCA|Gr电池仍能提供76%的室温容量，超过了基于EC的电解液。

文章要点：

1. 这项工作报告了一类不含EC和添加剂的电解液，它由乙酸甲酯（MA）、氟化醚（FE）和双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）盐组成，具有特殊的低温性能。

2. 这些电解液通过阴离子分解产生了与EC基对应物同样稳定的SEI，但阴离子衍生的SEI在零下温度下带来了更优越的锂离子传输性，从而防止在充电过程中出现析锂，并确保在零度以下具有较长的电池寿命。

3. 通过减少界面电阻和消除析锂，1.0Ah软包锂离子电池可以在-60至-10℃之间提供高放电容量，并在室温和零下温度下实现长寿命。

4. 这项工作的设计使目前的锂离子电池摆脱了寿命和低温性能之间的权衡，这些见解也可以为开发具有潜在低温应用的非锂离子技术提供支持。

图1 电解液的溶剂化结构表征

图2 石墨负极上的SEI表征

图3 低温下锂离子嵌入的动力学

图4 软包电池的电化学性能

原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206448

来源：高分子科学前沿

声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！