上硅所刘宇/杨程AFM：零下65°C！高压水系锂离子电池的超低温运行

由于其高安全性和低成本，水系电池是大规模储能的有希望的候选者。然而，窄的电化学稳定性窗口（ESW，1.23 V）和水的高熔点（0°C）限制了水系电池的能量密度和低温运行。

为此，中科院上海硅酸盐研究所刘宇研究员、杨程等人选用环丁砜（SL）作为水系电解液的防冻剂和水的活性抑制剂的共溶剂，因为它具有毒性低、与水混溶性高、氧化稳定性高和与水分子相互作用强等优点。SL可以参与锂离子的溶剂化鞘层，增强水的O-H键，满足宽ESW和低温操作的需求。

受益于这种策略，水分解被抑制，从而将这种混合电解液的ESW扩大到3.8 V。SL和水分子可以相互分离，而不会形成大规模的氢键网络。此外，LiClO₄可以作为助熔剂，进一步破坏氢键网络。

图1. 混合电解液的表征

通过这种方式，可以有效地抑制电解液的聚集和结晶，同时使12SL-4H₂O-3LiClO₄电解液达到前所未有的低至-110 °C的玻璃化转变温度。

因此，组装的LiMn₂O₄ /Li₄Ti₅O₁₂全电池具有2.7 V的高电压和优异的低温性能，在0至-20°C的条件下容量保持率为98%，甚至可以在-65 °C时正常放电并点亮LED灯（额定功率为 0.02 W，激励电压为1.8 V）。

图2. 基于该混合电解液的全电池低温电化学性能

Water/Sulfolane Hybrid Electrolyte Achieves Ultralow-Temperature Operation for High-Voltage Aqueous Lithium-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202106811

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