由于锂离子在石墨负极中间层中的高反应能垒，以及在低温下形成的不稳定的固体电解液界面相(SEI)，商用石墨||LiCoO₂(LCO)电池的最低工作温度被限制在~-20 °C。具有理想的无主体性质的锂(Li)金属有望支持LCO正极的低温运行，但Li||LCO电池的低温应用面临着传统电解液的灾难性问题，包括Li⁺的溶剂化结构高、去溶能低、Li⁺饱和浓度低、无锂SEI和阴极电解液界面(CEI)(低于7%)、Li⁺电导率和扩散系数小。

近日，哈工大何伟东教授，Yuanpeng Liu使用甲酸异丁酯(IF)作为防冻剂，其熔点为-132°C，粘度为0.30 Pa·s，设计了一种低配位数(0.07)、高脱溶能(-27.97 eV)和高Li⁺饱和浓度(1.40×10^-10 mol/s)的氟硫电解液。

文章要点

1）所形成稳定的富LiF SEI(10.48%)和CEI(17.91%)层，具有大的Li⁺电导率(1.00×10^-5 mS cm^-1和6.65×10^-5 mS cm^-1)和大的扩散系数(1.10×10^-21m² s^-1和2.07×10^-20 m² s^-1)。

2）得益于该电解液，Li||LCO电池在-70 °C下提供了前所未有的循环性能，包括170次循环中110 mAh g^-1的稳定容量。因此，该工作为发展超低温LCO电池提供了契机。

参考文献

Jipeng Liu, et al, Reconstruction of LiF-rich interphases through an anti-freezing electrolyte for ultralow-temperature LiCoO₂ batteries, Energy Environ. Sci., 2022

DOI: 10.1039/D2EE02411J

https://doi.org/10.1039/D2EE02411J