对于电动车、电网储能、国防/航天/海底勘探等各种特定应用，制造可在低温下工作的可充电电池具有重要意义。商业化的非水锂离子电池一般能适应−20 ℃以上的温度，而在较冷环境下则很难满足要求。目前，人们在新材料和电解质系统已经取得了一定的进展，但主要限于在−40 °C以上的温度下以较小的倍率放电。此外，基于石墨负极的电池充电过程仍然面临着低温（low-T）下锂离子同时插层和潜在的锂剥离的巨大挑战。

近日，复旦大学夏永耀教授，董晓丽青年研究员揭示了从关键部件到电池化学的低可充电池发展道路上面临的挑战，并总结课题组在low-T下改进电池取得的进展。

文章要点

1）作者首先概述了离子在充放电过程中的基本运动，以阐明充放电过程中的限制机制。建立了各步骤的温度依赖关系，以便更好地理解在低温条件下性能的变化。

2）作者接下来根据Low-T下的障碍，总结了设计策略和试验的初步结果，并制定了电解液和电极的规定。从工程到设计，对电解质改性进行了探索，制定了溶剂化结构优化、弱溶剂化能和低温度下高离子电导率的电解质配方。对于电极，考虑了几种替代材料来绕过常用插层化合物的缓慢扩散动力学。

3）作者从界面处的脱溶过程和离子通过SEI层的扩散的角度对重要的界面进行了详细总结。

4）作者最后展望了面向电动汽车、太空任务和一些复杂的低功耗应用的低温充电电池的未来发展。

参考文献

Xiaoli Dong, Yong-Gang Wang, and Yongyao Xia, Promoting Rechargeable Batteries Operated at Low Temperature, Acc. Chem. Res., 2021

DOI: 10.1021/acs.accounts.1c00420

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00420