在当今的锂离子电池中，电解液的作用不仅仅是溶解和运输Li+。电解液会影响电池性能的许多方面，包括快充能力、循环和日历寿命、低温性能和安全性。这一意义使得溶剂、盐和添加剂的精确配方成为电池制造商中极具价值的专有信息。然而，我们对电解液的理解远远落后于它的重要性。特别是Li+的溶剂化，在电池运行的许多方面都有深刻的影响，如电荷转移动力学、电解液整体传输特性和固体电解质界面（SEI），但仍然是一个难以捉摸的问题。各种光谱技术被用来研究Li+的溶剂化。尽管这些方法提供了关于局部结合结构的丰富光谱信息，但是在大量电解液中进行定量比较仍然是一个挑战。挑选出与广泛电解液相关的单一指标是一个复杂的问题。此外，分析通常涉及复杂的反卷积和光谱解释，这在方法学中没有标准化，并且在混合溶剂系统中不同溶剂中存在相同的官能团也增加了挑战。需要一个单一的、可量化的指标来促进不同电解液配方之间的溶剂化特性的直接比较。
鉴于此，斯坦福大学崔屹教授提出了一种电位法来探测锂电池电解液中的相对溶剂化能，并证明其适用于各种盐浓度、阴离子和溶剂化学性质的电解液。作者预计溶剂化能将与其他性能指标（如电荷转移阻抗）密切相关，并为未来工程电解液的进一步研究提供新的见解和设计原则。
文章亮点
1．通过测量具有对称电极和不对称电解液的电池中的开路电压，作者定量表征了浓度、阴离子和溶剂对不同电解液中溶剂化能的影响。
2．采用该技术，作者建立了电池电压（Ecell）与用于锂金属负极的高性能电解液的循环性能之间的关系，研究发现具有更多负电池电位和正溶剂化能的溶剂（与Li+结合较弱的溶剂）可提高循环稳定性。低温电子显微镜显示，较弱的溶剂化会导致阴离子衍生的固态电解质界面，从而稳定循环。
3. 该的方法可以用来有效地筛选电解液配方，以加快寻找新的高性能电解液。
图1 电池结构及模型实验
图2 用于锂金属负极的高性能电解液的溶剂化能和CE
图3 各种电解液中SEI的冷冻电镜研究
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.1c03868
原文刊载于【高分子科学前沿】公众号
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