深空探测、极地作业、深地钻探等场景对储能系统提出严苛要求:既要在零下百摄氏度级别维持放电,又要在上百摄氏度环境中稳定循环,同时能量密度需突破500Wh/kg门槛。锂金属负极因超高比容量和最低氧化还原电位被视为理想选择,但实际系统中,锂离子周围的溶剂化构型会随温度剧烈变化——低温下电解液黏度上升、解配位困难,枝晶与产气加剧;高温下溶剂分解加快,正负极界面膜持续增厚,容量迅速衰减。过去的高浓度、局域高浓度或弱溶剂化方案,只能在某一温区改善输运或界面,无法根除“温度一变、配位壳就重排”这一核心矛盾。热力学稳定区与动力学可达性往往随温度反向漂移,导致高低温性能难以兼得。因此,关键问题不是简单寻找耐温溶剂,而是从分子作用层面建立一种对热扰动不敏感、可跨温区保持组成的配位结构。
在这项研究中,研究人员提出“溶剂化平衡锁定”的电解液构建思路,选取低凝固点、弱配位特性的亚硫酸二甲酯作为主溶剂,引入双三氟甲磺酰亚胺锂提供阴离子源,并复配含Pyr13阳离子的硼酸氟代阴离子离子液体。通过离子-偶极作用与弱C-H…O作用,阳离子锚定自由溶剂分子,使锂离子的第一配位层在较宽温域内保持富阴离子状态。变温核磁、拉曼与分子动力学模拟显示,溶剂分离离子对、接触离子对和离子聚集体的比例在-60℃至60℃间基本不变,温度不再触发壳层重构。该结构降低了脱溶剂化势垒,减少有机溶剂分解,并在锂负极与高镍正极表面形成富含LiF及硼酸盐的无机界面层。电池验证中,扣式器件可在-85℃放电、120℃循环;0.6Ah软包冷却至-122.9℃仍能点亮负载,6.6Ah级Li||Ni90软包在贫液条件下达到565Wh/kg能量密度。
该工作的实质贡献,是把电解液设计从“适应温度”转向“锁定结构”。传统策略试图通过增盐或弱化溶剂来延缓问题,而本方案在分子尺度平衡偶极-偶极、离子-偶极与离子-离子三类作用,让配位环境本身失去温度敏感性。由此,低温不再意味着输运冻结,高温也不再等同于溶剂失控分解;界面侧因阴离子优先参与成膜,SEI与CEI更薄、更密、更无机化,从而抑制枝晶、产气和持续副反应。扣式与软包数据共同说明,这一机制兼具基础可行性和工程放大潜力:不仅覆盖超宽温域,还把高电压、高能量密度和贫液运行放在同一体系内实现。未来若能进一步降低成本、优化高镍正极适配与软包工艺,该“平衡锁定”原则可推广至更多宽温高比能电池体系,也为理解溶剂化结构-界面-循环寿命之间的因果链提供了清晰范式。
信息来源:材料研究进展
2026中国国际石墨烯创新大会
11月13-15日 中国·温州
“2026年中国国际石墨烯创新大会”将由石墨烯产业技术创新战略联盟(CGIA)和正泰集团联合主办,将于2026年11月13-15日在温州市(乐清)举办。大会聚焦石墨烯应用市场,着力促进石墨烯创新成果与产业端的深度对接合作,推动石墨烯产业迈向高质量发展新阶段。2026中国国际石墨烯材料应用博览会将同期举办。
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