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四氫呋喃（THF）在新能源電池電解液的突破：平衡低溫性能與安全性－優化寬溫度範圍內的離子電導率
创建于03.19
1. 鋰離子電池的低溫挑戰
鋰離子電池在極端溫度下表現會嚴重下降。在 -20°C 以下，傳統的碳酸鹽基電解質存在離子傳輸緩慢、脫溶能壘高（~0.8 eV）和固體電解質界面相 (SEI) 不穩定的問題
1.這些限制限制了其在極地探險、寒冷氣候下的電動車和航空航天技術中的應用。
四氫呋喃 (THF) 是一種環狀醚溶劑，由於其黏度低（25°C 時為 0.55 cP）和 Li⁺-溶劑相互作用弱，即使在零下溫度下也能實現超快離子遷移，已成為改變遊戲規則的溶劑
2.
2. THF 驅動的電解質設計創新
2.1 溶劑工程：破壞聚集的離子簇
THF-MTBE（甲基叔丁基醚）混合溶劑系統（例如 0.25THMT 電解質）可有效破壞傳統電解質中占主導地位的大離子聚集體 (AGG)
2. 透過形成接觸離子對（CIP），該系統：
- 降低離子遷移阻力，將離子電導率從 0.27 提高到 4.21 mS/cm
2
- 降低 Li⁺ 脫溶能壘，阿倫尼烏斯活化能 (Ea,ct) 降低就是明證
2
2.2 寬溫性能驗證
- 在 -40°C 時為室溫容量的 69%
2
- 快速充電功能
1
3. 機械洞察：THF 為什麼在低溫條件下表現出色
3.1 溶劑化結構調控
THF 的低供體數量（DN=20.0）削弱了 Li⁺-溶劑的結合，促進了陰離子（例如 TFSI⁻）參與溶劑化殼。這有助於：
- 富含無機物的 SEI 形成65% LiF/Li₂O
2
- 抑制溶劑共插層
3.2 熱彈性和安全性
- 阻燃性
2
- 熱應力下的SEI穩定性
2
4. 協同安全策略
4.1 添加劑優化
- 氟乙烯碳酸酯 (FEC)
- 硝酸鋰（LiNO₃）
1
4.2 工業可擴展性考慮
- 成本效益
- 與高鎳陰極的兼容性
2
5. 未來方向
5.1 超越鋰離子：多電池相容性
THF 的設計原則可望實現以下目標：
- 鈉離子電池
1
- 全固態電池
5.2 永續發展一體化
- 閉環回收
- 生物四氫呋喃生產
結論
基於 THF 的電解質代表了平衡下一代電池超低溫操作和本質安全性的範式轉移。透過利用其獨特的溶劑化化學性質並與先進的添加劑結合，THF 可以解鎖：
- 寬溫度適應性
1
2
- 可擴展製造
隨著多價離子系統和生物源 THF 的研究不斷進展，這種溶劑將在實現未來碳中和的高能量密度、快速充電電池方面發揮關鍵作用。
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