锂金属电池能量密度超过500 Wh kg-1，有望大幅度提高低温电池的能量密度。然而，未改性的锂金属电池在0 ℃以下性能迅速下降，-20 ℃左右失效，难以满足极端低温要求。
在此，西安交通大学丁书江、于伟和高国新等人观察到一个异常现象，即在低温条件下，富含无机物的SEI由于缓慢的界面离子传输动力学会导致锂金属电池严重的容量退化。而溶剂衍生的富有机SEI由于较弱的界面力和快速的孔隙扩散机制而表现出较低的界面阻抗。论文第一作者为西安交大博士生阴祥凯。
作为概念验证，利用有机硅电解液结合低温化成工艺，成功构建了溶剂衍生的SEI。有机成分增加了16.51倍，最终在-40 ℃下Li||NCM811电池的容量提高了22.5%。在-40 ℃下，4.7 V Li||NCM811电池在180次循环中获得了95.2%的容量，在-60 ℃下仍能保持73.3%的室温放电容量，即使在-114.05 ℃下也能奇迹般地保持放电功能。1.2 Ah软包电池在-20 ℃（2.5 mL Ah-1）的50个周期内容量保持率达92.1%。
图1. 近界面处和体相电解液的溶剂化结构
总之，该工作通过理论模拟和不同SEI的实验对比研究，证明了富有机SEI比富无机SEI具有更快的界面离子传输动力学（加速Li+的脱溶过程和SEI内部Li+的传输）。这使得全电池在-40 ℃下容量增加了22.5%，将锂金属电池的工作温度扩展到-114.05 ℃，1.2 Ah Li||NCM811软包电池在低温下稳定循环。
此外，该工作使用的富有机SEI成功的另一个原因是构建了含有Si-O键的有机相，该有机相在长时间电池运行中具有优异的结构稳定性。因此，该项工作打破了对富有机SEI的传统理解，推动了低温电池研究的进步。
图2. 低温条件下的Li||NCM811电池的电化学性能对比
Solvent-derived organic-rich SEI enables capacity enhancement for low-temperature lithium metal batteries, Joule 2025 DOI: 10.1016/j.joule.2025.101823