【锂电】Angew：可充电锂电池低温电解质的40年

可充电锂电池是电气化社会最合适的能量存储系统之一，因为今天几乎所有的便携式电子设备和电动汽车都依赖于其中存储的化学能。然而，零下摄氏度的工作，特别是低于−20 °C的工作，对锂电池来说仍然是一个巨大的挑战，并极大地限制了它们在极端环境中的应用。Li ⁺ 的缓慢扩散和电荷转移动力学被认为是RLBs在低温条件下性能不佳的两个主要原因，两者都与控制整体和界面离子传输的液体电解质密切相关。

近日， 清华大学张强教授，北京理工大学Chong Yan 首先从电解液的角度分析了锂电池的低温动力学行为和失效机理。接下来，回顾了过去40年(1983-2022)低温电解液的历史，然后对研究进展进行了全面的总结，并介绍了揭示其潜在机理的最新表征和计算方法。最后，对低温电解液的未来研究进行了展望，重点是机理分析和实际应用。

文章要点

1 ） 从电解液的角度来看，RLBs在低温下的失效主要体现在以下四个方面：(1)体液的局限性，(2)Li+的高去溶能垒，(3)脆弱且高阻的电解液/电极界面，(4)严重的Li电镀和Li树枝晶形成。

2 ） 低温液体电解质可分为两类：非水体系和水体系。与水体系电解质相比，非水体系电解质在低温RLBs方面的研究较早。早在1983年，Abraham等人就引入了四氢呋喃(THF)作为与2-甲基四氢呋喃(2MeTHF)的共溶剂，以改善锂钛二硫化物(Li-TiS ₂ )电池的低温性能。

3 ） 在过去的四十年里，电池界对低温电解液工作机理的了解逐渐加深。从体相电解液的离子导电性等宏观性质，到溶剂化结构、化学成分和SEI的空间分布等微观性质，研究人员通过电解液工程设计了许多策略来提高低温下RLB的循环寿命和能量密度。

4 ） 一般认为，去溶过程是低温下的限速步骤，通过合理设计电池配置，可以有效缓解甚至避免去溶过程。这些先进的电池配置和低熔点电解液的协同效应显著提高了电池在低温下的工作范围。双离子电池就是一个典型的例子，它的“分盐”机制与LIBs的“摇椅”机制有很大的不同。

5 ） RLBs低温电解液的研究进展在很大程度上归功于通过先进的表征和模拟技术对溶剂化结构、电化学动力学和电极/电解液界面化学的不断深入的了解。在这一部分中，作者将讨论用于研究溶剂化结构、去溶化过程和界面性质的表征和模拟技术。

参考文献：

Zeheng Li, et al, 40 Years of Low-Temperature Electrolytes for Rechargeable Lithium Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202303888

DOI: 10.1002/anie.202303888

https://doi.org/10.1002/anie.202303888

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