广泛使用的LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（NMC811）石墨锂离子电池的理想电解液有望具有支持更高电压（≥4.5 伏特）、快速充电（≤15 分钟）以及在宽温度范围（±60 摄氏度）内不易燃。但是，目前没有一种电解质能同时满足所有这些要求，故电解质设计因缺乏有效的指导原则而受到阻碍。
在此，美国马里兰大学王春生教授和美国陆军研究实验室Oleg Borodin教授等人深入报道并验证了一种基于一组软溶剂的电解液设计策略，这一策略的核心是确定具有相对较低的DN值（小于10）和高介电常数（大于5）的溶剂，这可以使Li+与溶剂的结合能最小化，同时仍能使锂盐解离。
同时在电解液中引入一种具有高还原电位的成分，可以在负极和正极上形成类似的富含LiF的界面层。
负极和正极的热力学（容量）和动力学（阻抗）匹配使NMC811||石墨电池能够快速充电并在宽温度范围充放电，而不产生锂沉积。
图1.电解液的物理性质
研究表明，合理设计的1 M LiTFSI MDFA/ MDFSA-TTE电解质，能够在负极和正极上形成自限制的富LiF界面相，从而在极端条件下也能实现容量和阻抗匹配。值得注意的是，4.5V NMC811||石墨硬币电池的面积容量超过2.5 mAh/cm2，当这些电池在-50℃(-60℃)以0.1C的倍率充放电时，仍保留了75%(54%)的室温容量。而NMC811||石墨袋电池与低电解质(2.5 g/Ah)在−30℃下实现稳定的循环，平均库仑效率超过99.9%。
综合分析进一步揭示了NMC811正极与石墨负极之间的阻抗匹配，这是由于形成了相似的富氟化锂界面，从而有效地避免了低温镀锂。这种电解质设计原则，可以推广到在极端条件下工作的其他碱金属离子电池。
图2. NMC811||石墨全电池的电化学性能
Electrolyte design for Li-ion batteries under extreme operating conditions, Nature 2023 DOI: 10.1038/s41586-022-05627-8
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