我院赵金保教授课题组在高性能锂电池用多功能电解液研究中取得重要进展，相关研究成果以“A functional dual-salt localized high-concentration electrolyte for fast dynamic high-voltage lithium battery in wide temperature range”为题发表于Advanced Energy Materials（DOI：10.1002 /aenm.202101775）。
交通工具日趋电动化，对锂电池的安全性、能量密度和低温工作性能提出了更高的要求。电池的能量密度一般由电极材料的平台电压和放电比容量共同决定，而电解液的耐高压性是实现电极材料高电压充放电的保障；低温工作环境下，电解液可能会发生凝固使电池性能降低。因此，适用于低温工作条件的功能电解液，成为高电压锂电池研发亟待解决的新问题。其中，高浓度电解液的溶剂不易挥发，为锂电池高安全性提供了保障；同时，加入稀释剂可得到局部高浓度的电解液，有效弥补了高浓度电解液锂盐成本高、粘度高以及浸润性差等不足，使电池能够维持良好的电化学性能，是一种极具潜力的高性能锂电池用新型电解液。
赵金保教授课题组报道了一种浓度为2M的新型双盐局部高浓度电解液，其溶剂含高电压砜类溶剂TMS（环丁砜）和低凝固点共溶剂EA（乙酸乙酯），锂盐为LiTFSI（双三氟甲基磺酰亚胺锂）和LiDFOB（二氟草酸硼酸锂），辅助一定量的稀释剂1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（HFE）和10%wt的添加剂氟代碳酸乙烯酯（FEC）。使用该电解液，在4.6 V高电压和-40 °C低温下，Li||LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2锂电池仍具有良好的循环稳定性，并可实现10 C大电流密度条件下的快速充放电。
研究人员对比了不同浓度LiTFSI单盐TMS/EA基电解液、LiTFSI和LiDFOB双盐TMS/EA基电解液以及相应的不同浓度局部高浓度电解液的理化性质，结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振锂谱（7Li-NMR）以及分子动力学（MD）模拟等揭示了低浓度电解液、高浓度电解液以及局部高浓度电解液的微观结构差异性。结果表明：随着电解液浓度的提高，锂盐阴离子与锂离子的相互作用增强，其配位数显著增加到2个左右；而稀释剂的加入并不会改变原溶剂和阴离子与锂离子的配位情况，只是打破了溶剂之间的三维网状铰链溶液结构，从而有效降低了粘度。此外，研究人员还利用MD模拟及7Li-NMR等表征手段对高浓度电解液到局部高浓度电解液的优化转变的化学本质进行了探究，发现钝化膜的生成对提高电解液氧化稳定性至关重要，而稀释剂和添加剂的协同作用，能进一步实现提升电池性能。该研究工作对新型局部高浓度功能电解液的设计提供了更多思路，对高电压和低温电解液的设计具有一定的借鉴意义。
赵金保教授及其领导的团队在锂离子电池用电解液研究方面具有20多年的研究积累，取得了众多的创新性研究成果，在国内外获得20余项授权发明专利。该研究工作由赵金保教授指导完成，第一作者为我院已毕业的2016级博士林双双，2018级硕士生华海明和2020级博士生赖鹏斌参与了部分工作。研究工作得到了国家重点研发计划（2017YFB0102000）、国家自然科学基金（21875198）、中央高校基本科研业务费专项资金（20720190040）等项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202101775
