廣泛使用的LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂（NMC811）石墨鋰離子電池的理想電解液有望具有支持更高電壓（≥4.5?伏特）、快速充電（≤15?分鐘）以及在寬溫度范圍（±60?攝氏度）內不易燃。但是，目前沒有一種電解質能同時滿足所有這些要求，故電解質設計因缺乏有效的指導原則而受到阻礙。

在此，美國馬里蘭大學王春生教授和美國陸軍研究實驗室Oleg Borodin教授等人深入報道并驗證了一種基于一組軟溶劑的電解液設計策略，這一策略的核心是確定具有相對較低的DN值（小于10）和高介電常數（大于5）的溶劑，這可以使Li⁺與溶劑的結合能最小化，同時仍能使鋰鹽解離。

同時在電解液中引入一種具有高還原電位的成分，可以在負極和正極上形成類似的富含LiF的界面層。

負極和正極的熱力學（容量）和動力學（阻抗）匹配使NMC811||石墨電池能夠快速充電并在寬溫度范圍充放電，而不產生鋰沉積。

圖1.電解液的物理性質

研究表明，合理設計的1 M LiTFSI MDFA/ MDFSA-TTE電解質，能夠在負極和正極上形成自限制的富LiF界面相，從而在極端條件下也能實現容量和阻抗匹配。值得注意的是，4.5V NMC811||石墨硬幣電池的面積容量超過2.5 mAh/cm²，當這些電池在-50℃(-60℃)以0.1C的倍率充放電時，仍保留了75%(54%)的室溫容量。而NMC811||石墨袋電池與低電解質(2.5 g/Ah)在?30℃下實現穩定的循環，平均庫侖效率超過99.9%。

綜合分析進一步揭示了NMC811正極與石墨負極之間的阻抗匹配，這是由于形成了相似的富氟化鋰界面，從而有效地避免了低溫鍍鋰。這種電解質設計原則，可以推廣到在極端條件下工作的其他堿金屬離子電池。

圖2. NMC811||石墨全電池的電化學性能

Electrolyte design for Li-ion batteries under extreme operating conditions, Nature 2023 DOI: 10.1038/s41586-022-05627-8