大力发展清洁能源，推进电气化发展是实现碳达峰、碳中和目标的重要转型之路。锂离子电池作为一种先进的清洁能源，具有能量密度高、环境友好等优点，被广泛应用于电动汽车与储能行业。近年来，随着锂离子电池在航天、高寒地区、军事等极端环境的应用增加，对其环境适应性提出了更高的要求。由于传统锂离子电池在-20 ℃以下性能会迅速恶化，甚至无法正常充放电，因此实现良好的低温性能是目前商业化锂离子电池最大的挑战之一。

弱溶剂化电解液体系因为具有低的脱溶剂化能及快速界面离子反应特性，在低温锂离子电池领域展现出潜在的应用价值。然而，不同于传统碳酸酯基电解液，弱溶剂化电解液会使用有机锂盐来进一步降低溶剂化作用，因此电解液存在大量有机阴离子团簇结构，但是对于有机阴离子诱导的SEI膜的结构特性及其对低温电化学性能的影响还不清楚。

近日，哈工大化学与化工学院梁家岩教授与中科院化学所郭玉国研究员团队合作，揭示了低温锂盐二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）阴离子（DFOB^-）诱导形成的有机SEI（Li_xBO_yF_z）具有高的电解液溶胀特性及高的电子电导，会造成低温条件下溶剂共嵌入及电解液还原分解。

在建立了基于富有机SEI膜的结构缺陷的理论基础上，通过引入具有更弱溶剂化作用的二氟磷酸锂（LiDFP）作为共溶质，在保证弱溶剂化电解液结构不变的前提下，基于阴离子结合能差异，利用DFP^-置换第一溶剂化壳层中的部分DFOB^-、优先参与SEI形成反应，构建了表层富无机Li₃PO₄的SEI膜，并抑制DFOB^-的还原分解。实现了溶剂化结构及SEI膜结构的可控、精准构筑，该“阴离子置换”策略也被称为“阴离子开关”策略。

利用接触角实验及COMSOL理论模拟计算研究发现富无机SEI的结构特性，即具有弱的电解液溶胀行为（溶胀率由2.3降低为1.5），揭示了其对于溶剂共嵌入、电子逃逸等行为的抑制机制。

研究结果显示，在Li₃PO₄ SEI保护的高比能动力电池体系（NCM811||Gr/SiOx、NCM811||SiOx）中获得了优异的循环稳定性及高的低温容量保持，同时阐明了SEI膜结构特性与电解液消耗、溶剂共嵌入、负极结构动态演化过程间的作用机制，发展了低温锂离子电池SEI膜结构的优化理论和方法。