本文提出了一种基于双重局部软度和介电常数的溶剂筛选原则，用于指导宽温度范围内的高电压锂离子电池电解液设计。该团队通过理论计算和实验验证，筛选出四乙基正硅酸酯（TEOS）作为理想的溶剂，因为它具有低反应活性和适度的介电常数，这使得它成为高温下应用的理想选择。基于TEOS，团队配制了一种局部高浓度电解质（TEOS-based LHCE），并在1-Ah LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1||石墨软包电池中进行了测试，该电池在60℃下经过300个循环后显示出95.8%的容量保持率。此外，通过界面分析发现，TEOS-based LHCE促进了薄而均匀富含LiF的界面层形成，有效抑制了高温下的界面副反应。这一发现不仅增强了对电解液性能的理解，而且为宽温度锂离子电池适用的电解液的高通量筛选提供了新的方法。本文以“Solvent Descriptors Guided Wide-Temperature Electrolyte Design for High-Voltage Lithium-Ion Batteries”为题发表在《Advanced Energy Materials》上，第一作者为Meng Tao，通讯作者为华中科技大学胡先罗。

图2. 高温溶剂描述符（ɛ，Δs_k）的验证测试。

a) 60℃下，不同1 M LiFSI基电解液的Li||Ti电池的LSV曲线。b) 60℃下，不同1 M LiFSI基电解液的NCM811||Li电池的电化学漂浮实验。c) 不同1 M LiFSI基电解液的漏电流和统计氧化电位的定量分析。d) Δs_k和HOMO能级结果的比较

图3.基于TEOS的LHCE的物理性质和反应性测试。

a) 不同LHCE在720–770 cm⁻¹范围内的拉曼图谱。b) 拉曼结果的解卷积和定量分析。732、742和754 cm⁻¹附近的峰分别对应于SSIP、CIP和AGG。c) 基于TEOS的LHCE中Li⁺的径向分布函数（RDF）和配位数（CN）。d) 基于DME的LHCE中Li⁺的径向分布函数（RDF）和配位数（CN）。e) 从TEOS基LHCE的分子动力学模拟中提取的典型溶剂化结构。f) 从DME基LHCE的分子动力学模拟中提取的典型溶剂化结构。g) 新鲜的TEOS基LHCE的¹⁹F NMR谱图。h) 新鲜的DME基LHCE的19F NMR谱图。i) 在80℃下储存10天后，TEOS基LHCE的¹⁹F NMR谱图的放大区域。j) 在80℃下储存10天后，DME基LHCE的¹⁹F NMR谱图的放大区域。k) 4.3 V NCM811正极与不同电解液反应的温度（T）与时间（t）以及自加热速率（SHR）曲线。    

总之，研究人员建立了一个基于双重局部软度和介电常数的高温溶剂描述符。这种方法有效地识别出反应性低（|Δs_k| < 0.02）且具有适度介电常数（ɛ > 3）的溶剂，这有助于最小化由溶剂引起的副反应，同时促进锂盐的解离。将这些选定的溶剂用于局部高浓度策略中，显著减少了界面副反应，从而即使在高温（≥55℃）下也保持了高电压（≥4.3 V）正极的结构完整性。作为概念验证，研究人员开发了一种低反应性电解液，特别是由LiFSI、TEOS和TTE以1:1.5:1.3的摩尔比组成的基于TEOS的LHCE。这种配方在NCM811正极表面形成了薄而均匀的富含LiF的CEI层。一个1-Ah NCM811||Gr软包电池在60℃下经过300个循环后，展示了超过95.5%的容量保持率，这在类似条件下优于传统的基于DME的LHCE。这种筛选策略有望提高先进电解液的高通量评估，为提高高能量LIBs在宽温度范围内的性能铺平了道路。

▍文献链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202404009

文章来源：高低温特种电池

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