​乔治亚理工AFM：控制溶剂化和SEI的形成增强-40℃下锂界面动力学

由于传输限制以及电极界面上迟缓的Li⁺动力学，锂基电池在低温（<0℃）下的运行是具有挑战性的。在低温下通过固体电解质间相（SEI）的脱溶剂化、电荷转移和传输之间的复杂关系尚未得到很好的理解，这阻碍了电解液的发展。

图1 电解液表征

乔治亚理工学院Matthew T. McDowell等开发了一种基于醚/氢氟醚和氟代碳酸乙烯酯（FEC）的三元溶剂电解液，以改善低温下的锂循环，并进一步揭示了局部溶剂化结构对界面Li⁺动力学和SEI化学的影响。

研究发现，在由DOL/TTE（1:1体积比）+FEC（10体积%）以及双三氟甲烷磺酸锂（LiTFSI）盐组成的电解液中，锂负极在低温下具有相对较高的库伦效率（CE）（在-20℃和-40℃时分别为95.1%和93.3%），这超过了基于DOL/DME的电解液。由TTE共溶剂引起的Li⁺溶剂化结构的变化导致了低溶剂化能和更普遍的Li⁺-FEC配位，使无机物丰富的SEI成为可能，这都有利于提高界面动力学。

图2 Li金属在不同温度下的循环性能及形貌

研究显示，在预循环步骤中产生的SEI的化学特性与Li⁺脱溶剂化和锂金属成核进一步相关联。此外，TTE共溶剂对于与高压正极的界面也是有利的，因为它在相对于Li/Li⁺的电位超过4.0V时抑制了电解液的氧化，从而使NMC622/锂电池在-40℃下实现了全电池循环。这些结果证明了控制液态电解液内的分子相互作用对提高低温电池性能的重要性。

图3 全电池性能

Controlling Solvation and Solid-Electrolyte Interphase Formation to Enhance Lithium Interfacial Kinetics at Low Temperatures. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202302778