夏永姚/董晓丽Angew：-60°C！超低温下运行的锂离子电池！

2022年7月29日上午4:11 • 顶刊解读

石墨负极在低温下存在巨大的容量损失，甚至无法充电（即Li⁺-intercalation），这主要是由于固体电解质间相（SEI）中缓慢的脱溶化过程和不充分的离子运动造成的巨大过电位。

复旦大学夏永姚、董晓丽等利用弱溶化分子三氟乙酸乙酯和成膜剂氟代碳酸乙烯酯开发了一种电解液，以实现低温下的顺利脱溶和高离子传导性。

夏永姚/董晓丽Angew：-60°C！超低温下运行的锂离子电池！

图1. ETFA-FEC电解液与石墨电极的相容性

具体而言，作者采用弱溶化溶剂（三氟乙酸乙酯，体积分数为70%）来促进脱溶化过程，同时采用高容限和成膜助溶剂（氟代碳酸乙烯酯，体积分数为30%）来同步满足离子传导性。在该电解液的基础上，作者进一步研究了不同温度下形成的SEI的演变过程，揭示了Li⁺通过SEI层的迁移过程，并发现在室温下形成的SEI具有适当的厚度和最低的缓冲极化阻力。

夏永姚/董晓丽Angew：-60°C！超低温下运行的锂离子电池！

图2. 石墨电极在不同温度下的电化学行为

因此，综合的协同作用赋予了石墨负极快速的充电能力，最高可达6C，容量为180 mAh g^-1；长循环稳定性，5C下经过500次循环后容量保持率为84.5%；以及出色的低温性能，-30℃时可逆容量为183 mAh g^-1。

此外，Gr||LiFePO₄全电池可以很好地充放电，在-30℃时表现为90 mAh g^-1（对应于25°C时容量的78%），在-60°C的超低温下保持37%的放电容量。总之，这项工作为促进电池在恶劣条件下的运行，如快速充电和低温工作，提供了进步的见解。

夏永姚/董晓丽Angew：-60°C！超低温下运行的锂离子电池！

图3. SEI形成温度的电化学效应及其在低温电池中的应用

Synergy of Weakly-Solvated Electrolyte and Optimized Interphase Enables Graphite Anode Charge at Low Temperature. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI：10.1002/ange.202208345

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