魏志祥/吴晓东/许晶晶ACS Nano：无共插层醚类电解液实现快充/宽温锂电

醚基电解液具有低粘度和低熔点的特点，是满足快充和低温锂离子电池（LIB）日益增长要求的理想选择。遗憾的是，石墨（Gr）电极与常用的醚类溶剂不兼容，因为它们会不可逆地共嵌入到Gr夹层中。

图1 电解液设计

国家纳米科学中心魏志祥、中科院苏州纳米所吴晓东、许晶晶等提出以环戊基甲基醚（CPME）作为无共插层的醚溶剂，它含有一个具有较大空间位阻的环戊烷基团，可获得对Li⁺的弱溶剂化能力和较宽的液相温度范围（-140 至+106℃）。具体而言，这项工作设计一种包含1 M LiTFSI-CPME/氟代碳酸乙烯酯（FEC）的弱溶剂化电解液（WSE）。

研究显示，与二甲醚溶剂的双醚官能团对Li⁺的强螯合作用相比，CPME溶剂的单齿醚结构降低了螯合作用，从而减弱了CPME与Li⁺的结合能，增强了Li⁺的迁移/脱溶剂化能力。此外，加入FEC助溶剂后，电解液离子电导率提高到2.23 mS cm^-1，并进一步在Gr负极形成了坚固的富含LiF的SEI层。

图2 醚基电解液中Li+转移/脱溶剂化能力对Gr电极相容性的影响

得益于简单的脱溶剂化过程和Gr电极表面坚固的SEI层，所设计的WSE与Gr负极具有良好的兼容性。因此，Gr/L半电池在-60℃的超低温条件下显示出卓越的倍率能力和令人印象深刻的低温性能，具有较高的比容量（319 mAh g^-1）。采用这种WSE的实用磷酸铁锂（LFP）（负载≈25 mg cm^-2）/Gr（负载≈12 mg cm^-2）软包电池在1 C下也显示出稳定的循环性能，1000次循环后具有高库仑效率（≈99.9%）和高容量保持率（≈80%）。

更重要的是，得益于CPME溶剂超宽的液相温度范围和WSE的快速脱溶剂化能力，这种软包电池还表现出良好的快充性能（5C充放电速率下的容量保持率约为52%）以及在-60℃超低温条件下的巨大应用潜力。

图3 全电池性能

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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