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在低溫下（＜20℃）工作的高性能鋰離子/金屬電池是人們所期望的，但卻受到與Li⁺傳輸和電荷轉移相關的緩慢動力學的阻礙。

圖1 室溫/低溫下鋰沉積過程中離子擴散和電荷轉移的示意圖

中科院物理所王雪鋒、王兆翔、Yejing Li等通過各種表征工具，包括低溫高分辨率透射電子顯微鏡（cryo-HRTEM）、電子能量損失光譜（EELS）和X射線光電子能譜（XPS），揭示了鋰金屬電池中與溫度相關的Li⁺行為及其與電化學性能的關系。

研究表明，Li⁺通過固體電解質界面（SEI）層的擴散是決定速率的關鍵步驟。降低溫度不僅會減慢Li⁺的傳輸速度，還會改變電解質分解的熱力學反應，導致不同的反應途徑，形成富含有機物的SEI層，這樣的SEI層是不穩定的，不適合進行高效的Li⁺傳輸。

圖2 溶劑化結構和電化學性能

通過調整具有較低最低未占分子軌道（LUMO）能級和極性基團的電解質的溶劑化結構，例如含氟電解液，1 mol L^-1雙（氟磺酰）亞胺鋰（LiFSI）-三氟乙酸甲酯（MTFA）/碳酸氟乙烯酯（FEC）（重量比為8:2），在該電解液中更容易形成富含無機物的SEI層，該層對工作溫度變化的耐受性更強（熱力學），Li⁺傳輸性能更好（動力學）。這項工作的發現揭示了低溫下Li⁺傳輸的動力學瓶頸，為通過構建富含無機物的SEI來提高反應動力學/熱力學和低溫性能提供了方向。

圖3 SEI分析

Temperature-dependent interphase formation and Li+ transport in lithium metal batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-40221-0

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物理所Nature子刊：揭示鋰金屬電池中溫度依賴性的SEI形成和Li+傳輸

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