​武大陈重学EnSM：“拖曳效应”诱导的快速去溶剂化动力学和-50℃可工作的高安全锂电池

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​武大陈重学EnSM：“拖曳效应”诱导的快速去溶剂化动力学和-50℃可工作的高安全锂电池
碳酸丙烯酯（PC）因其高离子传导性和低（-49 ℃）熔点被认为是碳酸乙烯酯（EC）的最合适替代品，但它与石墨负极的电化学相容性较差。虽然设计阴离子诱导的离子溶剂配位（AI-ISC）结构可以有效抑制负极上 PC 的分解，但 Li+-PC 的强相互作用导致 Li+去溶剂化过程缓慢，低温性能也不理想。
​武大陈重学EnSM：“拖曳效应”诱导的快速去溶剂化动力学和-50℃可工作的高安全锂电池
在此，武汉大学陈重学团队发现并揭示了Li+溶剂与阴离子溶剂之间的 “拖曳效应 “机制，并设计了一种自适应双层溶剂化结构，其中主溶剂化鞘外的游离溶剂可有效削弱 Li+-PC 与 Li+– PF6–之间的相互作用。
合理设计的 LiPF6-PC/TFEP/EMC 电解液具有快速去溶剂化动力学和低温适应性，因此赋予了 4Ah Gr||LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2和 1Ah Gr||LiFePO4软包电池在-50℃优异的性能、长循环寿命和更高的安全性。
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图1. 使用PTE312电解液的4Ah Gr||NMC811和1Ah Gr||LFP软包电池电化学性能
总之，该工作通过调节 EMC 和 TFEP 的 “拖曳效应”，建立了一种自适应的双层溶剂化结构，使 LiPF6-PC/TFEP/EMC 电解液具有较低的Li+去溶剂化剂化能垒和不燃烧特性。得益于电解质的快速去溶剂化动力学和低温适应性，石墨-锂半电池可在零下40℃充电，容量损失几乎可以忽略不计。
更重要的是，该电解液赋予了 Gr||NMC811 和 Gr||LFP 软包电池低温耐受性（-40℃和-50℃下的容量保持率分别为∼79% 和 ∼62.5%）、优异的循环稳定性（40次循环后的容量保持率为94.1%，1500 次循环后的容量保持率为88.5%）和高安全性（通过了挤压、过充电、加热和钉穿试验）。
因此，通过调节 “拖曳效应 “诱导的自适应双层溶剂化结构，将为开发具有成本效益、阻燃和低温适应性的全气候、更安全的锂离子电池电解液开辟一条途径。
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图2. 极端条件测试
“Dragging effect” induced fast desolvation kinetics and −50 ℃ workable high-safe lithium batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103098

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