大化所李先锋/尹彦斌AEM：可在-60℃下运行的高功率水系锂离子电池-溴电池！

由于电解质的低电导率和电极材料的缓慢动力学，水系锂离子电池通常在低温下受到限制。

中科院大连化物所李先锋、尹彦斌等报道了一种由溴化锂和四丙基溴化铵(TPABr)组成的定制功能化电解质(TFE)实现的高性能超低温水系锂离子溴电池(ALBB)，该电池可在-60 °C时保持液态并具有1.89 mS cm^-1的高电导率。

图1 电解质设计及表征

重要的是，TFE可以在室温和低温下赋予正极高可逆容量和倍率性能，这得益于Br₂/Br-的快速氧化还原反应和TPABr出色的溴化物固定性。此外，高浓度的Li⁺ 和通过TPABr抑制析氢可以有效提高1,4,5,8-萘四甲酸二酐衍生的聚酰亚胺(NDPI)负极在TFE中的倍率性能和室温(RT)可逆性。同时，由于TFE中体相扩散和脱溶剂化步骤的超快动力学，NDPI还可以在低温下表现出优异的容量保持率。

图2 NDPI负极在TFE中的电化学性能

因此，设计的TFE可以赋予ALBB高能量密度（在RT、-40 °C和-60 °C下分别为98、64和32 Wh kg_dry^-1）、出色的功率密度（在RT和-40 °C下分别为24.6 和 1.2 kW kg_dry^-1）以优异的容量保持率（在RT和-40 °C下运行1000次循环后分别为94%和98%），这表明ALBB在多种场景中具有广泛的应用潜力。总之，这项工作展示了一种拓宽水系电池应用温度范围的新策略。

图3 ALBB的电化学性能

A −60 °C Low-Temperature Aqueous Lithium Ion-Bromine Battery with High Power Density Enabled by Electrolyte Design. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200728