来源｜武汉理工大学、学之策
近日，武汉理工大学材料示范学院（微电子学院）尤雅教授团队，在国际顶级材料期刊《Advanced Materials》上发表了题为“Entropy-Driven Solvation toward Low-Temperature Sodium-Ion Batteries with Temperature-Adaptive Feature“的研究论文（Adv. Mater. 2023, 2301817），引起了领域内高度关注，《Nature Review Materials》杂志将该成果遴选为Research Highlights（研究亮点），以“A battery electrolyte adapts to the cold”为题进行了报道，充分肯定了该温度自适应性的电解液设计理念。
目前现有的基于碳酸酯的商业电解液无法满足极限二次储能电池的大部分要求，如期望具有支持较高电压（≥4.5 V）、宽温度范围（±60 ℃）充放电和不可燃性的能力。这类极端条件下的碱金属离子电池的开发对航空国防、国计民生、极地勘探等领域有着重大的科学意义。然而，在极端低温条件下和高温高压的条件下，仍然无法实现高比能和高安全电池的运用。
图1 Nature Reviews Materials的亮点报道
研究通过调整强溶剂化（SS）和弱溶剂化（WS）混合溶剂中的溶剂化熵来拓宽电解液的使用温度，电解液的溶剂化结构可以在低温下自发转变，以避免盐的沉淀，赋予电解液以温度适应性的特点。研究结果表明，这种温度适应性电解质确保了硬碳||Na2/3Ni1/4Cu1/12Mn2/3O2全电池优异的低温性能，在-40 ℃下400次循环的容量保持率达到90.6%。该成果阐明了熵调整的重要性，为设计低温电解液提供了一个新的观点。
图2 低温电解液的设计策略
在极端条件二次电池领域，尤雅教授研究团队前期通过引入一种除水剂实现低冰点的环状醚在低温电解液中的运用（Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202300238）。针对锂离子电池正极材料高电压下易析氧并引发电池安全性和电化学性能衰减的问题，利用溶剂化结构的设计来构筑富磷酸盐的界面，以解决高电压下电化学性能和安全双重隐患（Adv. Mater., 2023, 35, 2210966）。为了对锂电池电解液的安全性提供设计思路以及对电解液安全性评估的规范化，与安全科学与应急管理学院李开源教授合作，提出了阻燃电解液的评估标准以及阻/不燃电解液的设计准则（ACS Energy Lett., 2023, 8, 836）。上述研究为进一步拓宽电池应用领域，突破电池应用极限提供了理论和技术支撑。
尤 雅
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