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電動(dòng)汽車和航空用鋰離子電池(LIBs)要求能量密度高、充電快和工作溫度范圍寬。因此，研究要求電解質(zhì)需同時(shí)具有高離子電導(dǎo)率、低溶劑化能和低熔點(diǎn)，并形成陰離子衍生的無機(jī)界面相。

在此，浙江大學(xué)范修林、馬里蘭大學(xué)王春生和布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室胡恩源等人建立了一套溶劑篩選描述符，用于篩選寬溫域內(nèi)快速離子動(dòng)力學(xué)的潛在溶劑。具體而言，該工作提出新的參數(shù)可以描述鋰離子在液態(tài)電解液和固態(tài)電解質(zhì)中的傳輸行為并且提出并驗(yàn)證了一種“配體通道促進(jìn)傳輸”機(jī)制，其中鋰離子與內(nèi)外溶劑化鞘層中的小尺寸溶劑相互作用，形成了一個(gè)連續(xù)的鋰離子傳輸通道，加速鋰離子在電解液中的擴(kuò)散。與此同時(shí)，第一層溶劑化鞘中的小尺寸溶劑也使得陰離子與鋰離子結(jié)合，形成陰離子衍生的界面膜。

基于此，作者設(shè)計(jì)出一種新型電解液[1.3M雙氟磺酰亞胺鋰鹽（LiFSI）/氟乙腈（FAN）]，同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬溫高離子電導(dǎo)率（25°C：40.3 mS/cm,-70°C：11.9 mS/cm）并生成LiF-LixN-rich穩(wěn)定界面。結(jié)果顯示，該電解液使得石墨||NMC811電池在6C高倍率下實(shí)現(xiàn)超3000圈的穩(wěn)定循環(huán)，以及1.2 Ah 石墨||NMC811軟包電池在-50°C下可逆充放電超150圈無明顯容量衰減。

圖1. FAN基電解液的性質(zhì)及離子傳輸機(jī)制

總之，該工作利用配體通道促進(jìn)離子傳輸機(jī)制的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的電解質(zhì)（1.3 M LiFSI/FAN），其具有較小的溶劑化鞘以及良好的快速溶解-解溶能力。結(jié)果顯示，F(xiàn)AN基電解質(zhì)具有超高的離子電導(dǎo)率：在 25 °C 時(shí)為 40.3 mS cm^-1，在 -70 °C 時(shí)為 11.9 mS cm^-1。

此外，其還實(shí)現(xiàn)了快速電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)，并促進(jìn)LiF-LixN-rich SEI的形成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在超高速充電和超高溫條件下的出色電池性能。實(shí)用的 1.2Ah 石墨||NMC811 軟包電池使用 FAN 基電解液可提供 0.73 mAh g^-1 的高可逆容量。在零下 50 °C（零下 65 °C 時(shí)為 0.62 Ah）時(shí)，電池容量為 0.73 Ah，150 個(gè)循環(huán)后容量無衰減。因此，該工作機(jī)制可推廣到其他金屬離子電池電解質(zhì)。

圖2. FAN基電解質(zhì)在極端條件下的電化學(xué)性能

Ligand-channel-enabled ultrafast Li-ion conduction, Nature 2024 DOI:10.1038/s41586-024-07045-4

原創(chuàng)文章，作者：Jenny（小琦），如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/03/21/f016da8174/

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?Nature：配體通道實(shí)現(xiàn)超快鋰離子傳導(dǎo)

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