武汉大学陈重学团队揭示锂离子电池新突破: "拖曳效应"引领低温与安全并举
在寻找替代碳酸乙烯酯（EC）的高效电解质中，碳酸丙烯酯（PC）凭借其高离子传导性和低熔点(-49℃)一度被视为理想选择。然而，它与石墨负极的电化学兼容性难题一直是阻碍其广泛应用的关键因素。传统的阴离子诱导离子溶剂配位(AI-ISC)策略虽能抑制PC在负极的分解，但Li+-PC间的强相互作用却导致去溶剂化过程缓慢，低温性能受到影响。
武汉大学陈重学团队的科研人员深入探索，揭示了一种全新的现象——"拖曳效应"，它在于Li+溶剂与阴离子溶剂之间的微妙互动。他们创新性地设计了一种双层溶剂化结构，通过主溶剂化鞘外游离溶剂的巧妙运用，成功削弱了Li+-PC与Li+-PF6-之间的强耦合。这种独特的LiPF6-PC/TFEP/EMC电解液配方，展现了卓越的去溶剂化动力学和极佳的低温适应性。
见证卓越性能: 在4Ah Gr||LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2和1Ah Gr||LiFePO4软包电池的测试中，即使在-50℃的严寒条件下，电池依然表现出优异的性能和长时间的循环寿命，安全性也得到了显著提升。图1展示了使用PTE312电解液的电池在极端低温下的电化学表现，令人瞩目。
研究的关键在于，通过调节EMC和TFEP的比例，创建了一种自我适应的双层溶剂化结构，显著降低了Li+去溶剂化的能垒，并赋予电解质独特的非易燃特性。这样，即便在零下40℃的严寒环境中，石墨锂半电池的容量损失几乎可以忽略，展现出强大的低温耐受力。
更为重要的是，这种电解液显著提升了电池的低温性能。Gr||NMC811和Gr||LFP软包电池在-40℃和-50℃下分别保持约79%和62.5%的容量，循环稳定性也令人印象深刻，40次循环后的容量保持率高达94.1%，经过1500次循环后仍保持88.5%。此外，它还通过了挤压、过充电、加热和钉穿等一系列安全性测试，确保了电池在极端环境下的可靠使用。
创新引领未来: 陈重学团队的这一发现，通过"拖曳效应"驱动的自适应双层溶剂化结构，为开发出经济、阻燃且适用于全气候条件的高安全锂离子电池电解液开辟了新的可能。这标志着锂离子电池技术在低温与安全性的融合上迈出了重要一步，为电池行业的未来发展奠定了坚实的基础。
敬请关注能源存储材料领域的最新进展，Energy Storage Materials 2023年发表的论文DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103098，一窥这场电池科技的革新。