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極端溫度（<-20℃或>50℃）會通過惡化體相離子傳輸和電極界面而嚴重損害鋰電池的性能。

圖1 電解液設計

天津大學羅加嚴、胡正林等為寬溫電解液提出了一種弱溶劑和反溶劑組合的合理設計。其中，弱溶劑（N,N-二甲基三氟甲烷磺酰胺，TFMSA）可加速負極區周圍Li⁺的解溶劑化動力學，而反溶劑（1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙醚，TTE）不僅可作為防凍劑在低溫下順利進行離子遷移，而且還可與弱溶劑相互作用，促進離子聚集的形成。此外，弱反溶劑電解液（WAE）與鋰金屬和石墨都有很好的兼容性。研究顯示，在-40℃下，鋰負極可提供98.5%的庫侖效率，石墨的輸出容量超過230 mAh g^-1。

圖2 -40℃下鋰化/去鋰化狀態的石墨負極表征

此外，鋰離子/金屬電池通過將石墨負極與鈷酸鋰正極配對，其正負容量比為0.75，可以在-50℃下實現穩定運行，平均庫侖效率為99.9%。另外，具有4.2 mAh cm^-2高鈷酸鋰正極負載和50 μm薄鋰負極的鋰金屬電池在-40℃時可提供73.8%的容量輸出。此外，這些電池在80℃以下都很穩定，平均庫侖效率為99.7%。這項研究證明了在WAE系統中相對寬松的Li⁺溶劑化環境，并為高性能鋰離子和金屬電池提供了寬溫電解液。

圖3 寬溫電化學性能

Solvation Engineering Enables High-Voltage Lithium Ion and Metal Batteries Operating Under ?50 and 80 °C. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202302503

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羅加嚴/胡正林AFM：溶劑化工程獲得-50至80℃的寬溫電解液

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