【仪表网 研发快讯】近日，材料科学与工程学院司鹏超教授课题组在极端环境电解液应用于锂离子电池方面取得重要进展，相关研究以“Lithium nitrate-stabilized electrolyte enabling wide-temperature and high-voltage lithium-ion batteries”为题，发表于国际学术期刊Chemical Engineering Journal(中科院一区/JCR Q1, IF=13.2)，材料科学与工程学院硕士研究生刘昭君、博士研究生冯嘉萱为该文共同第一作者，司鹏超教授、龙腾助理研究员为共同通讯作者。山东大学是第一通讯单位。
 

LiNO3改善电解液性能的关键因素示意图
 

　　在锂离子电池(LIBs)中，要克服高电压稳定性与宽温度性能之间的权衡问题，尤其是在低温条件下，需要创新的电解质设计。虽然碳酸盐基电解质因其与石墨的良好兼容性而在商业应用中占据主导地位，但其强烈的溶剂-离子相互作用以及在低于-20 ℃时的高粘度严重影响了低温性能。它们还会导致在高压下电极表面的反应不稳定。为此，团队报告了一种硝酸锂添加剂电解液体系，它同时实现5.54V电化学窗口，并能在-40℃下稳定运行。此外，这种新型电解液支持G/NCM811软包电池能够5.1V的高电压下充放电。优化电解液使高负载Li/NCM811电池能够在75℃的高温下运行，并支持高负载的G/NCM811全电池在70℃时进行快速充电和放电。这项工作通过硝酸锂盐的协同作用和溶剂工程，为极端条件下的电解液提供了一种有前景的设计原则。
 

LHCE改善溶剂化结构的关键因素示意图
 

　　此外，司鹏超教授团队还以“Anion-tailored solvation clusters in methyl acetate electrolyte: Achieving concurrent low temperature operation and high voltage stability”为题，发表于国际学术期刊Chemical Engineering Journal(中科院一区/JCR Q1, IF=13.2)，冯嘉萱为该文第一作者，司鹏超教授为通讯作者，山东大学是第一通讯单位。
 

　　在锂离子电池(LIBs)的研究与应用中，电解液的选择至关重要。然而，在低温环境下锂离子电池电解液粘度增加导致锂离子的迁移速率显著降低，这不仅影响了电池的充放电效率，还可能导致电池在低温下无法正常工作，甚至出现安全隐患。此外，高压环境下还会导致电解液的电化学稳定性下降，增加了电池内部反应的不稳定性，从而影响电池的整体性能和寿命。为此，团队提出了一种基于阴离子?；せ葡碌囊宜峒柞?MA)局部高浓度电解液，实现了以接触离子对(CIPs)和聚集体(AGGs)为主的溶剂化结构。团队通过理论计算和实验阐明了MA基电解液的阴离子?；せ圃诘臀潞透哐瓜碌目尚行裕⑹屎显诩嘶肪持惺褂玫牡缃庖禾峁┝艘恢钟行Р呗?，推动高能量密度锂离子电池在航空航天与极地装备等特种环境中的应用。
 

　　超低温和高压环境下全电池性能比较：(a)在-20°C下，Li/NCM811电池在5M-HFE、1M及BE电解液体系中的倍率性能。(b) Li/NCM811电池在-20°C、0.5C(3.0–4.7 V)下的循环性能。使用5M-HFE电解液组装Li/NCM811电池在(c) -45°C及(d) -60°C温度下的循环性能。(e)软包电池首圈充放电曲线(3.0–5.2 V)。
 

　　上述研究工作得到山东省科技厅重大创新工程项目、山东大学科技创新军民融合研究院和高端装备涂料全国重点实验室的大力支持。