鋰(Li)電池或鋰金屬電池使用金屬鋰作為陽(yáng)極。在過(guò)去的幾十年中，可充電鋰電池已用于為各種電子設(shè)備供電，包括玩具，便攜式消費(fèi)類設(shè)備和電動(dòng)汽車。

盡管這些電池通常在室溫下可實(shí)現(xiàn)可靠的性能，但在低于-10°C的溫度下，它們的能量效率，功率和循環(huán)壽命往往會(huì)大大降低。不能在低溫下良好運(yùn)行是一個(gè)關(guān)鍵缺陷，因?yàn)樗鼧O大地限制了它們?cè)跉夂蛱貏e寒冷的地區(qū)的使用。造成這種限制的主要原因是，在低于-10°C的溫度下，固體電解質(zhì)中間相(SEI)變得不穩(wěn)定，并導(dǎo)致電池中陽(yáng)極的所謂的樹枝狀Li鍍層。

賓夕法尼亞州立大學(xué)和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一組研究人員最近推出了一種用于鋰金屬電池的新設(shè)計(jì)，可以克服這一有據(jù)可查的缺點(diǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與以前開發(fā)的鋰電池相比，這種電池在低溫下的性能非常好，該電池發(fā)表在《自然能源》上的論文中。

研究人員在論文中寫道：“我們報(bào)道了在低溫和高速率充電條件下的高性能鋰金屬電池。” “通過(guò)在集電器上使用自組裝的電化學(xué)活性分子單層來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能，該分子可調(diào)節(jié)SEI的納米結(jié)構(gòu)和組成以及Li金屬陽(yáng)極的沉積形態(tài)。”

最初，研究人員仔細(xì)研究了低溫下的鋰金屬電池，以更好地了解影響其性能的因素。他們觀察到，在-15°C時(shí)，源自常規(guī)電解質(zhì)的電池SEI高度結(jié)晶且不均勻。這極大地限制了諸如氟化鋰納米鹽之類的無(wú)源SEI組分的形成，從而導(dǎo)致了諸如不良的表面鈍化，Li腐蝕以及陽(yáng)極上枝晶生長(zhǎng)等不利特性。

在室溫下添加層來(lái)保護(hù)陽(yáng)極，使用替代電解質(zhì)或引入Li主體可以防止這些影響，但是在低溫下，控制SEI納米結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)性更大，導(dǎo)致電池運(yùn)行不穩(wěn)定。因此，研究人員設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)建SEI的方法，該SEI在納米級(jí)是被動(dòng)的，這又可以使鋰金屬陽(yáng)極在低溫下穩(wěn)定運(yùn)行。