目前，碳酸电解液主要用于商用锂离子电池.这种电解液在低温下粘度增大甚至部分固化，导致离子电导率急剧下降，极大地限制了锂离子电池的低温性能，制约了锂离子电池在航空航天、军用、电动汽车等领域的广泛应用。据报道，锂离子电池在-40℃下的放电容量仅为室温电容量的12%左右。添加低熔点有机溶剂是改善电解液和电池低温性能的有效途径。乙酸乙酯具有较低的熔点(-84℃)，可作为低温电池的电解液溶剂，在-70℃下表现出优异的性能，但其电化学稳定性窗口较窄(1.5V-4.7V)。高容量锂阳极在电解液中不稳定，电池系统能量密度低。高盐浓度电解液可以有效地提高电解质的氧化还原稳定性，但高浓度的电解质在低温下不可避免地会导致粘度的增加。因此，如何设计一种稳定的锂、低粘度、高电导率的电解液，是实现低温高能量密度电池系统的一个挑战。

        近期，化学系夏永姚教授团队通过优化设计共溶剂电解液体系，成功实现了超低温-70℃条件下的高能量密度可充锂金属电池。

        在高浓度电解液中引入低粘度电化学惯性稀释剂(5m双三氟磺酰亚胺锂/乙酸乙酯+二氯甲烷，体积比1：4)，不仅保留了高浓度电解液的宽电压窗口，而且解决了高盐浓度引起的高粘度问题。通过光谱表征、分子动力学模拟和第一性原理分析手段，揭示了电解液的特殊的共溶剂结构。稀释剂二氯甲烷不影响锂盐和乙酸乙酯的溶剂化层结构，使电解质具有宽的电压稳定窗口(0-4.85V)。低粘度(0.35Pas)和高离子电导率(达0.6mScm-1)、低温(-70℃)下，对锂金属具有化学稳定性和电化学稳定性。用该电解液组装的锂金属电池在超低温-70℃下具有较高的容量保持率(常温容量的69%)。根据正负极活性物质的质量之和，电池在超低温下仍表现为高能量密度(178Whkg-1)和功率密度(2877Wkg-1)。该电解液的设计不仅保证了优良的电化学性能，而且为高能量密度电池系统在极端工作温度下提供了一种新的思路。

        这篇论文发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 5623-5627上。文章的第一作者是博士后董晓丽。这项工作得到了复旦大学化学系、能源与材料合作创新中心、国家重点研发项目、中国国家自然科学基金、博士后人才创新支持计划和博士后基金项目的大力支持。