【图1】NTSA添加剂和电解质的(电)化学性质。a)NTSA的分子结构。b)电解质中组分的HOMO和LUMO能级。C)在1mV s^-1的扫描速率下，在2.0–6.0V的电位范围LSV结果用于确定30°C时电解质的氧化稳定性。d) CV结果用于确定30°C时电解质的还原稳定性(电位范围:0.01–2.0 V；扫描速率:1.0 mV s^-1)。e)在-40°C和80°C之间，温度相关的电解质的离子电导率。

【图2】电解质中的Li⁺溶剂化结构。a) FED和b) FEDN1电解质的分子动力学模拟。c) Li⁺−O_solvent、d) Li⁺−P_PF6-、e)Li⁺−O_EMC/DMC和f)Li⁺−O_FEC的RDFs和CNs。g)纯溶剂和含NTSA电解质的放大拉曼光谱。h)对于具有不同量NTSA的电解质，拟合拉曼光谱中的FEC峰。i) FED和j) FEDN1电解质的溶剂化结构示意图。

【图3】LCO阴极的电化学性能和界面性质。A)具有FED和FEDN1电解质的LCO||Li半电池在-30°C和80°C之间的充电/放电容量，b)-20°C(0.2 A g^-1)和C)80°C(0.5 A g^-1)下的循环性能。30℃下在d) FED和e) FEDN1电解质中循环的LCO电极的SEM图像。30℃下在f) FED和g) FEDN1电解质中循环的LCO颗粒的TEM图像。30℃下在FED和FEDN1电解质中循环后的LCO电极的XPS结果:h) C 1s，i) F 1s，j) N 1s和k) S 2p。l)在FED和FEDN1电解质中循环时LCO电极的XRD，完整XRD以及(003)和(104)衍射峰的放大区域。LCO | | Li半电池在30°C、3.0–4.5V的高压范围内的循环性能。n)通过NTSA添加剂对LCO阴极进行界面控制的示意图。

【图4】ω-LVO和Li阳极的电化学性能和界面性质。A)使用FED和FEDN1电解质的ω-LVO||Li半电池在-30°C至80°C温度范围内的充电/放电容量，b)-20°C(0.2 A g^-1)和c)80°C(0.5 A g^-1)下的循环性能。30℃下在d) FED和e) FEDN1电解质中循环的ω-LVO电极的SEM图像。30℃下在f) FED和g) FEDN1电解质中循环的ω-LVO颗粒的TEM图像。30℃下在FED和FEDN1电解质中循环的ω-LVO电极的XPS结果:h) C 1s、i) F 1s、j) N 1s和k) S 2p。在80°C下，使用l) FED和m) FEDN1电解质的循环LCO||Li半电池中的Li片的SEM图像和数字照片(插图)，n)在30°C下，电流密度为1mA cm^-2、容量为1 mAh cm^-2的Li||Li电池的电化学性能(插图:放大区域的电压曲线)。o)通过NTSA添加剂进行阳极界面控制的示意图。

【图5】LCO||ω-LVO全电池的电化学性能。A)电流密度为0.2–3.0 A g^-1时的倍率性能，b)循环性能，以及c)电解液中含有不同NTSA量的全电池在30°C下电流密度为0.5 A g^-1时的恒电流充电/放电(GCD)曲线。d)在-30°C和80°C之间的温度范围内，0.2 A g^-1下的充电/放电容量，在e)-20°C(0.2 A g^-1)和f)55°C(0.5 A g^-1)下，使用含FED和NTSA电解质的全电池的循环性能。

【图6】LCO||ω-LVO电池的实用性:a)温度(T)对时间(T)和b)自加热速率(SHR)对加入电解质的全电池的T曲线。c)具有FEDN1电解质的全电池的T对T和d) SHR对T曲线。NTSA添加剂的多功能示意图:使用e) FED和f) FEDN1电解质的LIBs的溶剂化结构和界面特征。

综上所述，这项工作开发了一种不寻常的多功能电解液添加剂NTSA，推动了先进的锂离子电池在WT范围内稳定运行。NTSA添加剂不仅调节Li⁺溶剂化结构(特别是Li⁺和FEC溶剂的配位)，而且同时构建具有丰富的Li-F、Li₃N和Li-S无机物种的致密和均匀的CEI和SEI。受益于保护性CEI/SEI，电解质和界面中的Li⁺传输动力学被大大增强，并且界面和体结构稳定性显著提高。在单个电池中已经实现了在低温下优异的Li⁺动力学和在高温下高的热稳定性。LCO||ω-LVO LIB采用含NTSA的电解质，在-20°C时实现了100.1 mAh g^-1(0.2 A g^-1)的惊人容量，在55°C时实现了94.5%(0.5 A g^-1)的高容量保持率。这项工作为开发具有多功能的独特电解质添加剂提供了实用策略，以提高WT范围内的稳定高性能LIB。

Lan, X., Yang, S., Meng, T., Zhang, C., Hu, X., A Multifunctional Electrolyte Additive With Solvation Structure Regulation and Electrode/Electrolyte Interface Manipulation Enabling High-Performance Li-Ion Batteries in Wide Temperature Range. Adv. Energy Mater. 2023, 2203449.

DOI: 10.1002/aenm.202203449

https://doi.org/10.1002/aenm.202203449