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魏志祥/吳曉東/許晶晶ACS Nano：無共插層醚類電解液實(shí)現(xiàn)快充/寬溫鋰電

醚基電解液具有低粘度和低熔點(diǎn)的特點(diǎn)，是滿足快充和低溫鋰離子電池（LIB）日益增長要求的理想選擇。遺憾的是，石墨（Gr）電極與常用的醚類溶劑不兼容，因?yàn)樗鼈儠?huì)不可逆地共嵌入到Gr夾層中。

圖1 電解液設(shè)計(jì)

國家納米科學(xué)中心魏志祥、中科院蘇州納米所吳曉東、許晶晶等提出以環(huán)戊基甲基醚（CPME）作為無共插層的醚溶劑，它含有一個(gè)具有較大空間位阻的環(huán)戊烷基團(tuán)，可獲得對(duì)Li⁺的弱溶劑化能力和較寬的液相溫度范圍（-140 至+106℃）。具體而言，這項(xiàng)工作設(shè)計(jì)一種包含1 M LiTFSI-CPME/氟代碳酸乙烯酯（FEC）的弱溶劑化電解液（WSE）。

研究顯示，與二甲醚溶劑的雙醚官能團(tuán)對(duì)Li⁺的強(qiáng)螯合作用相比，CPME溶劑的單齒醚結(jié)構(gòu)降低了螯合作用，從而減弱了CPME與Li⁺的結(jié)合能，增強(qiáng)了Li⁺的遷移/脫溶劑化能力。此外，加入FEC助溶劑后，電解液離子電導(dǎo)率提高到2.23 mS cm^-1，并進(jìn)一步在Gr負(fù)極形成了堅(jiān)固的富含LiF的SEI層。

圖2 醚基電解液中Li+轉(zhuǎn)移/脫溶劑化能力對(duì)Gr電極相容性的影響

得益于簡單的脫溶劑化過程和Gr電極表面堅(jiān)固的SEI層，所設(shè)計(jì)的WSE與Gr負(fù)極具有良好的兼容性。因此，Gr/L半電池在-60℃的超低溫條件下顯示出卓越的倍率能力和令人印象深刻的低溫性能，具有較高的比容量（319 mAh g^-1）。采用這種WSE的實(shí)用磷酸鐵鋰（LFP）（負(fù)載≈25 mg cm^-2）/Gr（負(fù)載≈12 mg cm^-2）軟包電池在1 C下也顯示出穩(wěn)定的循環(huán)性能，1000次循環(huán)后具有高庫侖效率（≈99.9%）和高容量保持率（≈80%）。

更重要的是，得益于CPME溶劑超寬的液相溫度范圍和WSE的快速脫溶劑化能力，這種軟包電池還表現(xiàn)出良好的快充性能（5C充放電速率下的容量保持率約為52%）以及在-60℃超低溫條件下的巨大應(yīng)用潛力。

圖3 全電池性能

Co-Intercalation-Free Ether-Based Weakly Solvating Electrolytes Enable Fast-Charging and Wide-Temperature Lithium-Ion Batteries. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c04907

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