低温锂离子电容器电解液研究获进展 能量密度达传统电解液8.9倍

9月8日，中国科学院电工研究所超导与能源新材料研究部发布低温锂离子电容器电解液研究获进展。

锂离子电容器在低温高功率储能场景中具有重要应用潜力。低温下，传统碳酸酯基电解液中的锂离子溶剂化效应强，脱溶剂化效应慢，导致电极界面电荷转移动力学滞后、储能反应匹配性变差，大幅度制约器件的能量输出和倍率性能。因此，亟需从电解液分子结构调控出发，削弱溶剂屏蔽作用，提升锂离子电容器低温动力学性能。

近日，电工研究所研究员马衍伟团队提出“溶剂化解蔽电解液”设计策略。团队采用兼具中等极性、低熔点和适度配位能力的γ－戊内酯（GVL）为主体溶剂，二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）为功能锂盐，并引入弱配位乙酸乙酯（EA）作为溶剂化调节组分，削弱溶剂对锂离子的包裹和屏蔽作用，促进阴离子参与构建局部溶剂化结构，形成弱束缚、阴离子参与的溶剂化解蔽环境。该设计有效降低了低温条件下脱溶剂化势垒与界面电荷转移阻力，提升了电极－电解液界面稳定性。

研究表明，采用该溶剂化解蔽电解液制备的全碳锂离子电容器在－40 ℃条件下仍保持优异的能量输出性能，基于电极材料质量的能量密度达到106.8 Wh/kg，为传统碳酸酯基电解液的8.9倍。该研究突破了低温锂离子电容器因强溶剂化屏蔽引发的界面反应动力学迟缓的瓶颈，为开发低温、高能量、高稳定性锂离子电容器提供了新方案。

该研究成果发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials），相关工作得到国家自然科学基金、高密度电磁动力与系统全国重点实验室开放课题等项目的资助支持。

溶剂化解蔽电解液促进低温锂离子电容器界面电荷转移示意图