Nonpolar Cosolvent Driving LUMO Energy Evolution of Methyl Acetate Electrolyte to Afford Lithium‐Ion Batteries Operating at −60 °C

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作者
Sheng Lei,Ziqi Zeng,Hui Yan,Mingsheng Qin,Mengchuang Liu,Yuanke Wu,Han Zhang,Shijie Cheng,Jia Xie
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (34) 被引量:30
标识
DOI:10.1002/adfm.202301028
摘要

Abstract The operation of lithium‐ion batteries (LIBs) at low temperatures (<−20 °C) is hindered by the low conductivity and high viscosity of conventional carbonate electrolytes. Methyl acetate (MA) has proven to be a competitive low‐temperature electrolyte solvent with low viscosity and low freezing point, but its interfacial stability is poor and remains elusive until now. Here, it is revealed thaat the reductive stability of MA‐based electrolytes is fundamentally governed by the anion‐prevailed solvation structure. Based on this framework, fluorobenzene is employed in the electrolyte to promote the entry of anions into the solvation shell via dipole‐dipole interactions and the generation of free MA, thus enhancing the lowest unoccupied molecular orbital energy of MA. The designed electrolyte enables LiCoO 2 (LCO)/graphite cells to exhibit excellent cycling performance at −20 °C (90% retention after 1000 cycles at 1 C) and to remain 91% of their room‐temperature capacity at a super‐low temperature of −60 °C at 0.05 C. Thanks to the plentiful free MA, this electrolyte has a high conductivity (2.61 mS cm −1 ) at −60 °C and allows LCO/graphite cell to charge at −60 °C. This study offers the possibility of practical applications for those solvents with poor reductive stability and provides new approaches to designing advanced electrolytes for low‐temperature applications.
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