由于供氧溶剂的电负性很强，锂金属电池面临着界面电荷转移缓慢以及锂金属阳极与电解质之间的寄生反应等问题。
这些因素限制了锂金属电池在低温下的可逆性和动力学性能。
近日，中科院金属所李峰团队采用了一种非溶解性助溶剂来削弱醚类溶剂中供体氧的电负性，从而使阴离子供体参与到 Li+ 的溶剂化结构中。
这种策略大大加快了 Li+ 的去溶剂化过程，并减少了溶剂对界面传输和稳定性的副作用。
所设计的阴离子聚集电解质具有独特的对温度不敏感的溶剂化结构，可使锂金属阳极在室温和-20 ℃条件下获得较高的平均库仑效率。
在室温、-20 ℃和-40 ℃条件下循环150次后，高负载LFP||Li电池显示出100%的容量保持率，具有很高的可逆性。
实用的 1 Ah 级 LiFePO4||Li 软包电池在室温下充电和在 -20 ℃ 和 -40 ℃ 下放电时，容量分别为室温下的 81% 和 61%。
这种通过电负性调节构建对温度不敏感的溶解的策略为开发低温电池电解质提供了一种新方法。
该成果以《Designing Temperature-Insensitive Solvated Electrolytes for Low-Temperature Lithium metal Batteries》为题表在《Journal of the American Chemical Society》。
第一作者是Piao Nan、Wang Jinze。
【工作要点】本工作中，研究人员将 WSE 与非溶解性助溶剂 1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（TTE）结合在一起。
非溶解性助溶剂可延长 WSE 的氧化窗口，防止电解质在低温下粘度增加。
助溶剂还能减弱醚溶剂中供体氧的电负性，从而提高阴离子供体在 Li+ 溶剂化结构中的参与度。
所设计的电解质产生的溶剂化结构主导了对温度不敏感的 AGG，并克服了 WSE 的温度依赖性溶解。
即使在低温条件下，这种电解质也能为锂阳极提供出色的界面传输动力学和稳定性。
所设计的对温度不敏感的溶解电解质在室温下经过 400 次循环后，平均库仑效率达到 99.3%，令人印象深刻，并在 -20 ℃ 时保持 98.6% 的平均库仑效率。
此外，高负载磷酸铁锂（LFP）||Li电池在室温及-20 和-40 ℃的低温条件下，经过 150 次循环后，显示出卓越的可逆性，容量保持率接近 100%。
此外，实用的 1 Ah 级 LFP||Li 软包电池在室温和-20 和-40 ℃充放电时，可分别保持 81% 和 61% 的容量。
图 1.电解质的设计原理和溶解调节。
(a) 通过调节供体溶剂的电负性进行溶解设计的示意图。
(b) 常见砜、碳酸酯和醚溶剂的负中心静电势（NCESP）和最低未占分子轨道（LUMO）能级图。
(c) THF 溶剂、2MeTHF 溶剂、THF-TTE 复合物和 2MeTHF-TTE 复合物的 NCESP。
(d) TTE、MixTHF 和 MixTHF-TTE 的 1H NMR 图谱。
(e) MixTHF 和 MixTHF-TTE 的 17O NMR 图谱，2MeTHF 为 45-49 ppm，THF 为 15-25 ppm。
(f) MixTHF-TTE、WSE 和 TISE 的拉曼图谱，FSI- 振动的 S-N-S 弯曲模式，范围为 700-780 cm-1。
溶剂分离离子对（SSIPs）、接触离子对（CIPs）、离子聚集体（AGGs）的峰值及其各自的比例。
(g) SSIP、CIP 和 AGG 的代表性结构。
图 2.电解质的物理特性。
分子动力学模拟的 WSE（a）和 TISE（d）快照。
球棍模型表示 Li+ 及其第一配位结构（在 Li+ 的 3.0 Å 范围内），线框分别表示游离的 MixTHF 溶剂（蓝色）、游离的 FSI-（红色）和游离的 TTE 助溶剂（绿色）。
(b) WSE 和 TISE 溶剂总量中游离溶剂的百分比。
(c) Pt||Li 电池在 WSE 和 TISE 中的线性扫描伏安曲线。
(e) WSE 和 TISE 的粘度-温度曲线。
(f) TISE 的差示扫描量热曲线以及 BE、WSE 和 TISE 在低温下的液态。
图 3.温度降低过程中的溶剂化结构演变行为。
WSE (a) 和 TISE (d) 在 700-780 cm-1 范围内 FSI- 振动的 S-N-S 弯曲模式的变温拉曼图谱。
根据 25 和 -40 ℃ 时的分子动力学模拟，WSE（b）和 TISE（e）的 SSIPs/CIPs/AGGs 百分比。
WSE (e) 和 TISE (f) 在温度降低过程中的溶解转变机制示意图。
图 4.锂金属阳极的电化学性能。
图 5.锂金属阳极的界面特性。
在 25 和 -20 ℃ 下循环后，BE（a）和 TISE（b）中锂金属上 SEI 的 XPS F 1s 和 O 1s 图谱。
在 BE（c）和 TISE（d）中，锂金属上 C2H- 和 LiF2- 的 TOF-SIMS 溅射曲线和相应的三维分布。
BE (e) 和 TISE (f) 中锂金属界面的示意图。
图 6.低温限制因素与锂金属电池的电化学性能。
【结论】为了在实际条件下提高低温锂金属电池的性能，研究人员开发了一种对温度不敏感的溶解电解质。
研究人员证明了非溶解性共溶剂和醚基溶剂之间的分子界面互作用可以削弱供体醚氧的电负性，并在温度降低时获得对温度不敏感的阴离子聚集溶解。
这种策略有助于锂金属阳极在低温下实现快速稳定的界面传输。
使用所提出的电解液对高负载 LFP||50 μm 锂电池进行的电化学测试表明，在室温、-20 和 -40 ℃ 下循环 150 次以上，电池具有高度可逆的循环性能。
此外，一个实用的 1 Ah 级 LFP||Li 软包电池在室温下充电和放电时，在-20 和-40 ℃下充电和放电的容量分别为 81% 和 61%。
这项工作为设计低温电池的电解质展示了一种新策略。
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