Eutectic Transition and Interfacial Modulation of Multifunctional Ionic Liquid Additives for Subzero‐Temperature Lithium‐Ion Batteries

共晶体系 材料科学 电解质 离子液体 离子 石墨 阳极 离子电导率 离子键合 法拉第效率 环氧乙烷 化学工程 电导率 粘度 电池(电) 碳酸乙烯酯 氧化物 储能 降级(电信) 相间 电极 电化学 碳酸二甲酯
作者
Jun Su Kim,Uddhav Kulkarni,Jeong Hee Park,Won‐Jang Cho,Won Il Kim,Jin Suk Byun,Young Kyu Jeong,Kyoungho Ahn,Chul Haeng Lee,Gi‐Ra Yi,Ho Seok Park
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (45) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/aenm.202503900
摘要

Abstract Commercial lithium‐ion batteries (LIBs) suffer substantial performance degradation at subzero temperatures due to the increased viscosity of ethylene carbonate (EC)‐based electrolytes and a high energy barrier for lithium‐ion (Li⁺) desolvation at the graphite anode interface, posing critical challenges for applications in cold climates and extreme environments. To overcome this, a phosphonium‐based ionic liquid, allyl trimethyl phosphonium bis(trifluoromethane)sulfonimide (APT), is introduced as a multifunctional electrolyte additive. APT forms a eutectic mixture with EC, effectively lowering the freezing point and viscosity while enhancing ionic conductivity at low temperatures. Furthermore, APT weakens the Li⁺–EC interaction, facilitating more efficient Li⁺ desolvation at the graphite interface, and promotes the formation of a thin, uniform, LiF‐rich solid electrolyte interphase on the graphite anode, leading to the fast interfacial Li⁺ transfer kinetics. Pouch cells with high‐mass‐loading electrodes (NCM811||graphite, 4.9 mAh cm −2 ) and lean electrolyte (3 g Ah −1 ) containing 1 wt.% of APT retained 87.56% of their capacity after 100 cycles at −20 °C, significantly outperforming cells without the additive (64.60% retention). Therefore, this work provides a rational design strategy for multifunctional electrolyte additives that simultaneously optimize bulk transport properties and interfacial stability for reliable LIB operation under subzero conditions.
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