【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】新能源汽車、電網(wǎng)儲能、極地科考、深空探測等領(lǐng)域的發(fā)展，對儲能電池的能量密度和低溫性能提出了更高的要求。近年來，高理論比容量的金屬鋰作為負極的鋰金屬電池成為最有前景的高能量密度電池體系之一。然而，由于傳統(tǒng)酯基電解液中，鋰離子與溶劑存在強相互作用，使得鋰離子的遷移速度慢和電極/電解液界面穩(wěn)定性差，限制了鋰金屬電池在低溫環(huán)境的應(yīng)用。
 

　　近日，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心先進炭材料研究部新型電化學儲能與器件團隊提出了電解液中的氧鍵設(shè)計策略，實現(xiàn)了鋰金屬電池在低溫環(huán)境下優(yōu)異的性能。研究發(fā)現(xiàn)電解液溶劑氧鍵的鍵能與離子配位、界面?zhèn)鬏斝阅芫o密相關(guān)，經(jīng)過大量篩選，獲得了弱氧鍵的四氫呋喃基醚類溶劑，并闡明了不同氧鍵的砜(S=O)、酯(C=O)、醚(C-O)類溶劑對電解液結(jié)構(gòu)和溫度適應(yīng)性的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，利用氫氟醚共溶劑與醚類溶劑分子間的氫鍵作用，削弱鋰離子與四氫呋喃基醚類溶劑中氧配體的相互作用，構(gòu)建了低溫穩(wěn)定的電解液結(jié)構(gòu)，顯著提高了電極/電解液界面反應(yīng)動力學和界面穩(wěn)定性?；谏鲜霾呗栽O(shè)計的低溫電解液，實現(xiàn)了鋰金屬電池在室溫、零下20℃和零下40℃環(huán)境下循環(huán)150圈均無明顯壽命衰減，是目前文獻報道中低溫循環(huán)最穩(wěn)定的鋰金屬電池之一，還可構(gòu)建安時級高性能鋰金屬電池，為低溫鋰電池用電解液設(shè)計提供了新思路。
 

　　該研究成果“Designing Temperature-Insensitive Solvated Electrolytes for Low-Temperature Lithium Metal Batteries”以封面論文發(fā)表于《美國化學會志》(Journal of the American Chemical Society)期刊，DOI: 10.1021/jacs.4c01735。中國科學院金屬研究所樸楠副研究員為論文第一作者，浙江大學博士生王金澤為論文共同第一作者，中國科學院金屬研究所李峰研究員為論文通訊作者。該工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科學院先導(dǎo)專項、中國博士后科學基金和遼寧省科技計劃等項目的資助。
 

圖1.低溫電解液的設(shè)計。
 

圖2. 低溫鋰金屬電池的性能。