Nature：配体通道实现超快锂离子传导

电动汽车和航空用锂离子电池(LIBs)要求能量密度高、充电快和工作温度范围宽。因此，研究要求电解质需同时具有高离子电导率、低溶剂化能和低熔点，并形成阴离子衍生的无机界面相。

在此，浙江大学范修林、马里兰大学王春生和布鲁克海文国家实验室胡恩源等人建立了一套溶剂筛选描述符，用于筛选宽温域内快速离子动力学的潜在溶剂。具体而言，该工作提出新的参数可以描述锂离子在液态电解液和固态电解质中的传输行为并且提出并验证了一种“配体通道促进传输”机制，其中锂离子与内外溶剂化鞘层中的小尺寸溶剂相互作用，形成了一个连续的锂离子传输通道，加速锂离子在电解液中的扩散。与此同时，第一层溶剂化鞘中的小尺寸溶剂也使得阴离子与锂离子结合，形成阴离子衍生的界面膜。

基于此，作者设计出一种新型电解液[1.3M双氟磺酰亚胺锂盐（LiFSI）/氟乙腈（FAN）]，同时实现宽温高离子电导率（25°C：40.3 mS/cm,-70°C：11.9 mS/cm）并生成LiF-LixN-rich稳定界面。结果显示，该电解液使得石墨||NMC811电池在6C高倍率下实现超3000圈的稳定循环，以及1.2 Ah 石墨||NMC811软包电池在-50°C下可逆充放电超150圈无明显容量衰减。

图1. FAN基电解液的性质及离子传输机制

总之，该工作利用配体通道促进离子传输机制的优势，设计了一种独特的电解质（1.3 M LiFSI/FAN），其具有较小的溶剂化鞘以及良好的快速溶解-解溶能力。结果显示，FAN基电解质具有超高的离子电导率：在 25 °C 时为 40.3 mS cm^-1，在 -70 °C 时为 11.9 mS cm^-1。

此外，其还实现了快速电荷转移动力学，并促进LiF-LixN-rich SEI的形成，进而实现在超高速充电和超高温条件下的出色电池性能。实用的 1.2Ah 石墨||NMC811 软包电池使用 FAN 基电解液可提供 0.73 mAh g^-1 的高可逆容量。在零下 50 °C（零下 65 °C 时为 0.62 Ah）时，电池容量为 0.73 Ah，150 个循环后容量无衰减。因此，该工作机制可推广到其他金属离子电池电解质。

图2. FAN基电解质在极端条件下的电化学性能

Ligand-channel-enabled ultrafast Li-ion conduction, Nature 2024 DOI:10.1038/s41586-024-07045-4

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