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由于其高安全性和低成本，水系電池是大規(guī)模儲(chǔ)能的有希望的候選者。然而，窄的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口（ESW，1.23 V）和水的高熔點(diǎn)（0°C）限制了水系電池的能量密度和低溫運(yùn)行。

為此，中科院上海硅酸鹽研究所劉宇研究員、楊程等人選用環(huán)丁砜（SL）作為水系電解液的防凍劑和水的活性抑制劑的共溶劑，因?yàn)樗哂卸拘缘汀⑴c水混溶性高、氧化穩(wěn)定性高和與水分子相互作用強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。SL可以參與鋰離子的溶劑化鞘層，增強(qiáng)水的O-H鍵，滿足寬ESW和低溫操作的需求。

受益于這種策略，水分解被抑制，從而將這種混合電解液的ESW擴(kuò)大到3.8 V。SL和水分子可以相互分離，而不會(huì)形成大規(guī)模的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。此外，LiClO₄可以作為助熔劑，進(jìn)一步破壞氫鍵網(wǎng)絡(luò)。

圖1. 混合電解液的表征

通過這種方式，可以有效地抑制電解液的聚集和結(jié)晶，同時(shí)使12SL-4H₂O-3LiClO₄電解液達(dá)到前所未有的低至-110 °C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

因此，組裝的LiMn₂O₄ /Li₄Ti₅O₁₂全電池具有2.7 V的高電壓和優(yōu)異的低溫性能，在0至-20°C的條件下容量保持率為98%，甚至可以在-65 °C時(shí)正常放電并點(diǎn)亮LED燈（額定功率為 0.02 W，激勵(lì)電壓為1.8 V）。

圖2. 基于該混合電解液的全電池低溫電化學(xué)性能

Water/Sulfolane Hybrid Electrolyte Achieves Ultralow-Temperature Operation for High-Voltage Aqueous Lithium-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202106811

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上硅所劉宇/楊程AFM：零下65°C！高壓水系鋰離子電池的超低溫運(yùn)行

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