-20°C，250次，0衰减！广西大学AFM！

高性能低温锂金属电池(LMBs)的发展受到严重的锂枝晶生长和缓慢的电荷转移阻碍，通过构建具有改进Li+传输动力学的SEI，可以有效解决上述问题。与有机SEI层相比，富LiF的SEI具有足够的机械强度可抑制锂枝晶生长，但其极低的离子电导率(≈10-13 S cm-1)阻碍了Li+在低温下的传输动力学。

在此，广西大学刘美男团队通过在LiNO3中引入15-crown-5，制备了一种富含NO3−的准离子液体(QIL, [Li(15-crown-5)]NO3)添加剂，进而诱导原位形成含有丰富Li3N的SEI。

研究显示，该种Li3N SEI具有优越的锂亲和性和较低的离子扩散阻力，可有效解决低温下Li+动力学缓慢的问题。结果显示，在QIL添加剂的帮助下，质量负载高达11.5 mg cm−2的Li/LiCoO2电池在-20°C下稳定循环250次且无任何容量衰减。

图1. 锂离子动力学

总之，该工作开发了一种先进的[Li(15-crown-5)]NO3功能添加剂，即通过构建富Li3N/LIF的SEI/CEI来提高相间动力学，从而改善了LMBs在高倍率和低温下的性能。在SEI中，Li3N组分具有较高的离子电导率和较低的Li+扩散能垒，即使在低温下也能实现高能Li+传输动力学。此外，Li3N(−3.83 eV)对Li+的亲和力比LiF(−0.49 eV)更强进而使Li+更容易脱溶且更容易成核。

因此，含有LHCE-4% QIL的Li/Cu电池在室温下可循环高达1100次，在-20°C下可循环500次，并具有较高的CE值。Li/LCO电池在1 C充电和3 C放电400次后保持75%的高容量保持率。此外，Li|LHCE-4% QIL|LCO电池在-20°C下稳定循环250次且任何容量衰减。

因此，该工作揭示了一种独特的功能性添加剂设计策略，使LMBs即使在低温下也能稳定循环。

图2. Li/LCO电池在BE、LHCE和LHCE-4% QIL体系中的电化学性能

文献信息

High Ion-Conductive Interphase Enabled by Nitrate-Ionic Liquid Additive for Low-Temperature Lithium Metal Batteries， Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202414569