鋰金屬電池在提高能量密度和低溫運(yùn)行方面具有廣闊前景，但仍存在鋰離子相容性不足和動(dòng)力學(xué)緩慢的問(wèn)題，特別是在超低溫下。

在此，華南師范大學(xué)鄭奇峰教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了一種用于電池電解質(zhì)的新型兩親性溶劑1,1,2,2-四氟-3-甲氧基丙烷(TFMP)。

該溶劑既具有親鋰片段溶劑化Li⁺又具有疏鋰片段，可誘導(dǎo)1M LiFSITFMP/DME(7:1, v:v)電解質(zhì)自組裝，形成特殊的核殼狀溶劑化結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)和理論研究相結(jié)合表明，這種獨(dú)特的溶劑化結(jié)構(gòu)不僅大大提高了離子電導(dǎo)率使Li⁺快速輸運(yùn)，還降低了脫溶劑化能使脫溶劑更加容易。特別地，該溶劑還可以在電池循環(huán)過(guò)程中形成一種高強(qiáng)度、高導(dǎo)電的無(wú)機(jī)SEI。

圖1. 電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)的理論與實(shí)驗(yàn)研究

研究結(jié)果顯示，基于上述優(yōu)點(diǎn)極大地提高了電化學(xué)動(dòng)力學(xué)和鋰相容性，電池在1.0 mA cm^?2的高電流密度且從室溫到?40 ℃的條件下，實(shí)現(xiàn)了致密光滑的Li沉積形貌和高的Li電鍍/剝離庫(kù)倫效率(CE)。這種核殼狀電解質(zhì)也保證了Li||NMC811 鋰金屬電池(LMBs)在超低溫(?40°C)下以高倍率工作。

此外，無(wú)負(fù)極高壓Cu||NMC811電池在100次循環(huán)后表現(xiàn)出87%的超高容量保持率。該工作以最大限度地提高實(shí)際LMBs的能量密度，可視為電池電解質(zhì)設(shè)計(jì)中的重大進(jìn)步。

圖2. Li||NMC811電池在不同溫度下的電化學(xué)性能

An Amphiphilic Molecule-Regulated Core-Shell-Solvation Electrolyte for Li-Metal Batteries at Ultra-Low Temperature, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202218151