鋰金屬電池在提高能量密度和低溫運行方面具有廣闊前景，但仍存在鋰離子相容性不足和動力學緩慢的問題，特別是在超低溫下。

在此，華南師范大學鄭奇峰教授團隊設計并合成了一種用于電池電解質的新型兩親性溶劑1,1,2,2-四氟-3-甲氧基丙烷(TFMP)。

該溶劑既具有親鋰片段溶劑化Li⁺又具有疏鋰片段，可誘導1M LiFSITFMP/DME(7:1, v:v)電解質自組裝，形成特殊的核殼狀溶劑化結構。

實驗和理論研究相結合表明，這種獨特的溶劑化結構不僅大大提高了離子電導率使Li⁺快速輸運，還降低了脫溶劑化能使脫溶劑更加容易。特別地，該溶劑還可以在電池循環過程中形成一種高強度、高導電的無機SEI。

圖1. 電解質溶劑化結構的理論與實驗研究

研究結果顯示，基于上述優點極大地提高了電化學動力學和鋰相容性，電池在1.0 mA cm^?2的高電流密度且從室溫到?40 ℃的條件下，實現了致密光滑的Li沉積形貌和高的Li電鍍/剝離庫倫效率(CE)。這種核殼狀電解質也保證了Li||NMC811 鋰金屬電池(LMBs)在超低溫(?40°C)下以高倍率工作。

此外，無負極高壓Cu||NMC811電池在100次循環后表現出87%的超高容量保持率。該工作以最大限度地提高實際LMBs的能量密度，可視為電池電解質設計中的重大進步。

圖2. Li||NMC811電池在不同溫度下的電化學性能

An Amphiphilic Molecule-Regulated Core-Shell-Solvation Electrolyte for Li-Metal Batteries at Ultra-Low Temperature, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202218151