近日，宁波东方理工大学（暂名）讲席教授赵予生、助理教授夏威和西北工业大学教授孔龙团队合作提出了一种全新的二配位强度阴离子概念，为解决上述难题提供了崭新视角。该成果以“Solvating lithium and tethering aluminium by di-coordination-strength anions for low-temperature lithium metal batteries”为题发表在能源和环境顶级期刊Energy &Environmental Science。

该概念以溶剂化化学为基础，通过弱配位和强配位阴离子同时溶解锂和束缚铝：弱配位阴离子（FSI^-）具有高离子传输动力学，而强配位阴离子（氮化物，NO₃^-）可稳定铝表面。这种电解质即使在4.5 mAh cm^-2的高负载下也能实现良好的低温性能。配备这种电解质的电池可在-20℃和25℃温度下分别运行120和200个循环，容量保持率分别为80%和85%。这项工作有望启迪人们利用溶解化学介导锂传输和铝腐蚀，从而提升低温锂金属电池性能。

图1. 锂金属电池在低温下稳定运行所需的电解质。

文章提出了二配位强度阴离子的概念，即同时溶解Li 和拴住Al，从而同时实现有利的离子传输和有利的Al稳定性。弱配位的FSI^-阴离子有利于电荷传输，但它无法与Al³⁺配位形成稳定的复合物，后者会解离到电解质中，导致铝不断腐蚀。在电解液中引入强配位阴离子NO₃^-可与Al³⁺相互作用，这种络合物可在原位聚集形成稳定层，铝箔表面形成含有AlN化合物的均匀钝化层就是证明。基于二配位强度阴离子的电解质恰当地平衡了离子传输和铝的稳定性，使NCM622||Li电池具有优异的低温电化学性能。这项工作揭示了基于溶解化学的离子-离子相互作用对抑制Al³⁺溶解的影响，为低温锂金属电池在保持快速离子传输的同时抑制铝腐蚀提供了新的思路。