浙大范修林EES：调节配位结构再生碳酸丙烯酯基电解质实现宽温钾离子电池

钾离子电池（PIBs）在极端温度下经历了受限的去溶剂化过程、不稳定的界面和严重的容量退化，这阻碍了其作为锂离子电池替代技术的应用。

在此，浙江大学范修林团队开发了一种仅由热稳定性 PC 和双氟磺酰基酰胺钾（KFSI）配制的 PC 基电解质，用于生产具有全气候适应性的可持续 PIB。通过调节离子溶剂配位结构制备的高浓度电解质可有效缓解低温充放电动力学缓慢和高温界面稳定性不足的难题。研究发现，高浓度电解液削弱了 PC 与 K⁺ 之间的亲和力，形成了更有利的接触离子对（CIP）和聚合体（AGG）溶剂化结构，促进了石墨表面的去溶剂化，形成了稳健的阴离子衍生富 KF 界面，从而提高了石墨负极的电化学稳定性。

此外，在与K-FeHCFe正极一起使用时，基于 PC 的电解质表现出更强的电化学性能。因此，使用 4.0 M PC-KFSI 的石墨||K 半电池在 0 ℃ 温度下 6 个月以上无衰减，可提供 ~220 mAh g^-1 的高可逆容量，即使在升温至 60 ℃ 时也能保持稳定循环。此外，采用这种设计的电解质的石墨||K FeHCFe 全电池显示出卓越的长期循环稳定性（高达 1000 次循环）和可变温度可逆性（-20 至 60 ℃）。

图1. 基于PC的电解质的动力学行为

总之，该工作通过调节离子溶解配位结构，使基于 PC 的电解质在全气候 PIB 中仍保持优异性能。作者以 PC 溶剂和高离子电导率的 KFSI 盐为基础，获得了富含 AGG 和 CIP 溶剂化结构的高浓度电解质。合理设计的 4.0 M PC-KFSI 电解质可在石墨负极上形成高热稳定的阴离子衍生富 KF 相，并实现低去溶剂化屏障，从而在极端环境下实现稳定的K嵌入/脱出行为。

具体而言，石墨负极的可逆容量大于 220 mAh g^-1，在 0℃下 200 天后容量保持率为 96.6%，在 25℃下 400 个循环后容量保持率为 93.6%，在 60℃下 500 个循环后容量保持率为 99.0%。值得注意的是，高浓度 4.0 M PC-KFSI 电解液还被证明能使石墨||K-FeHCFe 全电池在 -20 至 60 ℃ 的宽温度范围内稳定运行达 1000 个循环。因此，该项工作提出了通过调节离子溶剂配位结构来配制适应各种气候条件的电解液，为在极端温度下运行的电池系统开辟了新的途径。

图2. 电池性能

Rejuvenating Propylene Carbonate-based Electrolytes by Regulating the Coordinated Structure toward All-Climate Potassium-Ion Batteries，Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee03340f