來源｜武漢理工大學、學之策
近日，武漢理工大學材料示范學院（微電子學院）尤雅教授團隊，在國際頂級材料期刊《Advanced Materials》上發表了題為“Entropy-Driven Solvation toward Low-Temperature Sodium-Ion Batteries with Temperature-Adaptive Feature“的研究論文（Adv. Mater. 2023, 2301817），引起了領域內高度關注，《Nature Review Materials》雜志將該成果遴選為Research Highlights（研究亮點），以“A battery electrolyte adapts to the cold”為題進行了報道，充分肯定了該溫度自適應性的電解液設計理念。
目前現有的基于碳酸酯的商業電解液無法滿足極限二次儲能電池的大部分要求，如期望具有支持較高電壓（≥4.5 V）、寬溫度范圍（±60 ℃）充放電和不可燃性的能力。這類極端條件下的堿金屬離子電池的開發對航空國防、國計民生、極地勘探等領域有著重大的科學意義。然而，在極端低溫條件下和高溫高壓的條件下，仍然無法實現高比能和高安全電池的運用。
圖1 Nature Reviews Materials的亮點報道
研究通過調整強溶劑化（SS）和弱溶劑化（WS）混合溶劑中的溶劑化熵來拓寬電解液的使用溫度，電解液的溶劑化結構可以在低溫下自發轉變，以避免鹽的沉淀，賦予電解液以溫度適應性的特點。研究結果表明，這種溫度適應性電解質確保了硬碳||Na2/3Ni1/4Cu1/12Mn2/3O2全電池優異的低溫性能，在-40 ℃下400次循環的容量保持率達到90.6%。該成果闡明了熵調整的重要性，為設計低溫電解液提供了一個新的觀點。
圖2 低溫電解液的設計策略
在極端條件二次電池領域，尤雅教授研究團隊前期通過引入一種除水劑實現低冰點的環狀醚在低溫電解液中的運用（Angew. Chem. Int. Ed.,?2023, 62, e202300238）。針對鋰離子電池正極材料高電壓下易析氧并引發電池安全性和電化學性能衰減的問題，利用溶劑化結構的設計來構筑富磷酸鹽的界面，以解決高電壓下電化學性能和安全雙重隱患（Adv. Mater.,?2023, 35, 2210966）。為了對鋰電池電解液的安全性提供設計思路以及對電解液安全性評估的規范化，與安全科學與應急管理學院李開源教授合作，提出了阻燃電解液的評估標準以及阻/不燃電解液的設計準則（ACS Energy Lett., 2023, 8, 836）。上述研究為進一步拓寬電池應用領域，突破電池應用極限提供了理論和技術支撐。
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