可充电电池的使用对于先进便携式电子设备和电动车辆在恶劣环境下的运行至关重要。然而，使用碳酸乙烯酯电解质的商用锂离子电池在极低的温度下会遭受电池能量密度的严重损失。使用锂金属而不是石墨作为负极的锂金属电池（LMBs）有望在电池水平上推动低温设备的基线能量密度。尽管前景看好，但标准电池化学在零度以下操作条件下的动力学限制不可避免地阻碍了LMBs的可循环性，导致镀锂/剥离可逆性严重下降，并由于枝晶生长而造成短路危险。随着温度的降低，这种性能退化变得更加明显，这归因于充电/放电过程中缓慢的离子传输动力学，包括Li+溶剂化/去溶剂化、通过本体电解质的离子传输以及低温下固体电解质界面和本体电极材料内的离子扩散。
近日，电子科技大学Jie Xiong，Yin Hu，中国科学院微电子研究所Bo Chen系统地回顾和讨论了低温离子输运行为的关键限制因素和挑战。全面总结了增强电解质、电极和电解质/电极界面中Li+迁移动力学的策略。最后，展望了面向实际应用的低温LMBs未来的研究方向。
文章要点
1）作者从关键部件到电池化学揭示了阻碍高性能低温LMBs发展的障碍，并从离子传输动力学角度全面总结最近在制造低温条件下工作的先进电池方面的研究成果。
2）作者进一步剖析了电解质、固体电极及其界面中的离子传输/扩散特性，以阐明低温充放电过程中的动力学限制因素。随后，总结和讨论了加速电解质、电极和电解质/电极界面内离子传输/扩散的策略。
3）最后，作者强调了离子输运动力学的重要性，并对高性能低温LMBs的未来研究进行了展望。
参考文献
Anjun Hu, et al, Ion Transport Kinetics in Low-Temperature Lithium Metal Batteries, Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202202432
https://doi.org/10.1002/aenm.202202432
