由于電解質的低電導率和電極材料的緩慢動力學，水系鋰離子電池通常在低溫下受到限制。

中科院大連化物所李先鋒、尹彥斌等報道了一種由溴化鋰和四丙基溴化銨(TPABr)組成的定制功能化電解質(TFE)實現(xiàn)的高性能超低溫水系鋰離子溴電池(ALBB)，該電池可在-60 °C時保持液態(tài)并具有1.89 mS cm^-1的高電導率。

圖1 電解質設計及表征

重要的是，TFE可以在室溫和低溫下賦予正極高可逆容量和倍率性能，這得益于Br₂/Br-的快速氧化還原反應和TPABr出色的溴化物固定性。此外，高濃度的Li⁺ 和通過TPABr抑制析氫可以有效提高1,4,5,8-萘四甲酸二酐衍生的聚酰亞胺(NDPI)負極在TFE中的倍率性能和室溫(RT)可逆性。同時，由于TFE中體相擴散和脫溶劑化步驟的超快動力學，NDPI還可以在低溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的容量保持率。

圖2 NDPI負極在TFE中的電化學性能

因此，設計的TFE可以賦予ALBB高能量密度（在RT、-40 °C和-60 °C下分別為98、64和32 Wh kg_dry^-1）、出色的功率密度（在RT和-40 °C下分別為24.6 和 1.2 kW kg_dry^-1）以優(yōu)異的容量保持率（在RT和-40 °C下運行1000次循環(huán)后分別為94%和98%），這表明ALBB在多種場景中具有廣泛的應用潛力。總之，這項工作展示了一種拓寬水系電池應用溫度范圍的新策略。

圖3 ALBB的電化學性能

A ?60 °C Low-Temperature Aqueous Lithium Ion-Bromine Battery with High Power Density Enabled by Electrolyte Design. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200728