Nature子刊：准固态聚合物电解质助力锂金属电池-48.2℃运行！

锂基电池在低温下的稳定运行对于寒冷气候下的应用至关重要。然而，低温运行受到了电解质主体和电极-电解质界面动态不足的困扰。

图1. 低温锂金属电池聚合物电解质的设计

华中科技大学郭新、中国科学院物理所王雪锋等报告了一种准固态聚合物电解质，其在-20℃时的离子传导率为2.2×10^-4 S cm^-1。具体而言，这项工作展示了一种通过原位聚合含有1,3,5-三氧烷- 2,2,2-三氟-N, N-二甲基乙酰胺-二氟草酸硼酸锂（TXE-FDMA-LiDFOB）前体而合成的聚合物基电解质；该电解质能够在低温下实现快速离子传输和可逆循环。

这背后的原理是FDMA和LiDFOB的LUMO水平相对较低，这会引发分解为具有较少Li₂CO₃相的双层SEI，与传统低温SEI的晶体结构明显不同。同时，所设计的聚合物电解液通过原位构建非晶态CEI有效地稳定了NCM811正极，从而抑制了副反应、相变和应力腐蚀开裂。

图2. 设计的聚合物电解质在不同温度下的电化学性能

因此，在SEI和CEI层的保护下，锂枝晶和”死”锂的形成被抑制，两个电极的退化被有效防止。因此，基于该聚合物电解质的Li||NCM811软包电池的工作温度降低到了-48.2℃，Li||NCM811扣式电池在100 mA/g的条件下保持了200次以上的稳定循环，并且分别在30℃（100 mA/g）、-20℃（20mA/g）和-30℃（20mA/g）的条件下提供了198 mAh g⁻¹、151 mAh g⁻¹、92 mAh g⁻¹的高初始容量。

图3. 不同温度下循环的Li||NCM811电池的电化学性能

Tailoring polymer electrolyte ionic conductivity for production of low- temperature operating quasi-all-solid-state lithium metal batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-35857-x

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Nature子刊：准固态聚合物电解质助力锂金属电池-48.2℃运行！

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