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2021-07-21
基于锂金属负极的电池（LBs）由于Li的高理论比容量（3860 mAh g-1）、低还原电位（-3.04 V vs. SHE，标准氢电极）和理想的无宿主特性而在科学界引起了广泛关注。使用锂金属作为负极被认为是提高可充电池能量密度极限的终极目标。新兴的LBs由三种类型的电池组成：以插层型锂化金属氧化物为正极材料的锂金属电池(LMB)，以S复合材料为正极材料的锂硫(Li-S)电池和以O2为正极材料的锂氧（Li-O2）电池。这些电池系统作为有前途的可持续储能系统引起了人们的极大兴趣。然而，LBs的最大挑战，是在极端温度范围（低于0 °C和高于60 °C）下的显著性能下降和/或安全性降低，这是电池应用中常见的工作条件，如便携式电子产品、固定式储能或电动汽车(EV)因天气或过度使用而出现季节性变化。为克服这些挑战，电池研究界付出了大量努力来研究这些系统的基本原理，并开发与电解质、电极及其界面等关键组件相关的各种策略，以提高LBs在这种极端温度范围内的性能和稳定性。
在此，加拿大滑铁卢大学陈忠伟院士、华南师范大学王新教授简要概述了开发低温(<0 °C)和高温(>60 °C)条件下工作的LBs面临的挑战，并介绍了LBs的电解质设计策略，包括锂盐改性、溶剂化结构优化、添加剂引入和固态电解质利用。此外，还指出了极端温度电解液设计向实际应用方向发展的研究方向。
文章亮点：
1. 提出了LBs的极端温度电解质设计策略，这在目前的出版物中很少被总结。
2. 介绍了LBs电解质设计的基本原理，特别是插层型含锂过渡金属氧化物正极材料LMB和以S或O2为正极材料的转换型硫系锂电池，旨在总结与当前低温和高温运行情况下电解质设计策略相关的关键科学问题，包括锂盐改性、溶剂组分优化、电解液添加剂引入和固态电解质利用。
3. 进而为极端温度电解质的未来发展提供有意义的视角，并指出电解液设计向实际应用方向发展的研究方向。
图1 用于极端温度下工作的锂金属负极电池的电解质设计总结
图2 锂盐改性
图3 添加剂引入
图4 固态电解质利用
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