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現代鋰離子電池 (LIB) 配置是通過碳酸亞乙酯 (EC) 和石墨碳負極之間的“神奇化學”實現的。雖然EC產生的界面保護了脆弱的石墨結構，但其固有缺點（高粘度、高熔點、過度的界面生長）導致LIB在零下溫度時的功率密度平庸和性能不佳。

在此，南方科技大學鄧永紅副教授等人證明了負極表面的相間阻抗是商業 NMC-石墨LIB的高功率和低溫性能的瓶頸，并且更好的相間超過了對體離子電導率的考慮。為此，作者設計并合成了一種“雙EC”分子作為電解液添加劑來解決上述難題。

赤蘚糖醇雙（碳酸酯）（EBC）具有比EC低的LUMO能級，因此在EC還原之前傾向于分解，但其對Li⁺的弱溶劑化限制了其還原程度，從而最小化了界面厚度和相應的阻抗。

圖1. EBC、EC的LUMO能級的DFT計算

相應地，“雙EC”添加劑可以替代大容量電解液的創新，可以有效滿足最先進的NMC/石墨軟包電池所面臨的功率和低溫要求。結合理論和實驗方法，作者在分子水平上揭示了EBC的功能機制，并利用Ah級電池的功率和低溫性能建立了其相間化學。

與空白對照組、含VC電解液的電池相比，含EBC的電池在0℃下的低溫循環容量保持率和功率密度方面表現出壓倒性的優勢，且在-20和25℃表現出相同的趨勢。這表明電解液添加劑的微小變化可以有效突破最先進的電池系統的瓶頸，這為未來的電池設計提供了重要啟示。

圖2. 空白組、VC和EBC體系內的低溫電化學性能

A new cyclic carbonate enables high power/ low temperature lithium-ion batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.029

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南科大鄧永紅EnSM: 新型環狀碳酸酯實現高功率/低溫鋰離子電池

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