烷基鏈搖曳機理示意及電池長循環性能對比 圖片來源：中國科學院青海鹽湖研究所
來自中國科學院青海鹽湖研究所的消息顯示，該所研究員李武、張波團隊在寬溫域鎂基鋰離子電池研究領域取得進展。研究團隊通過對電池正極界面進行“烷基鏈搖曳”設計，統一了鋰離子電池高、低溫性能增強機制，電池寬溫域循環性能相較已報道工作有了大幅提升。
鋰離子電池的寬溫域性能，直接決定其在極端環境中的應用表現。過往研究形成共識，認為正極界面過程是決定鋰離子電池寬溫域循環性能的關鍵所在。但由于鋰離子電池在高溫和低溫下的循環性能增強機制存在巨大差異，技術路徑截然不同，這項工作仍極具挑戰性。
研究團隊以吐溫80（Tween80）為框架物質構建了一種弱交聯柔性受限空間，采用電沉積獲得了所需超細納米氫氧化鎂載體（D50=15nm），并通過Tween80原位改性實現納米氫氧化鎂功能化。研究人員用所得材料對鋰電池三元正極材料（LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2）進行表面修飾，并進行電池組裝和性能測試。原位紅外分析表明，Li?與Tween80分子間存在持續的配位和解離過程，使Tween80分子荷電狀態發生動態變化，并在電場作用下發生連續的構型轉變，即“烷基鏈搖曳”行為。烷基鏈搖曳使得納米氫氧化鎂在電池循環伊始就參與反應，快速形成薄而致密的富鎂無機正極固態電解質界面膜。這種膜熱穩定性高、耐腐蝕性強，能夠有效抵御高溫電解液攻擊。在低溫環境下，電解液通常會在正極表面積聚，并常因流動性差而阻礙鋰離子傳輸。此時烷基鏈搖曳可顯著促進電解液的界面流動，兼之富鎂界面層具有優異離子導電性，使鋰離子低溫傳輸變得順暢。
研究結果表明，通過“烷基鏈搖曳”界面驅動設計，鋰離子電池可在60℃穩定充放電1000圈以上，同時保持70mAh/g容量和90%以上庫侖效率。在-5℃和-15℃分別循環500圈、200圈后，容量仍能保持在80mAh/g以上。此外，研究發現在配備熱管控系統后，電池實際寬溫域性能有望進一步提升。
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