電解液是一種可以導(dǎo)電的溶液，分別由溶劑和溶質(zhì)組成。溶劑化是指溶劑分子圍繞溶質(zhì)離子形成的溶液結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在電解液中發(fā)揮著重要的作用。以下是用氧鍵解釋電解液中溶劑化結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容：

 電解液作為電池中四大材料之一，與正極、負(fù)極均有相互作用，電池中的有益的、無益的反應(yīng)均發(fā)生在電解質(zhì)和電極的界面，界面反應(yīng)與溶劑-溶質(zhì)相互作用密切相關(guān)。

   近來讀了一篇中科院金屬所李峰老師的文章《為低溫鋰金屬電池設(shè)計溫度不敏感的溶劑化電解質(zhì)》“Designing Temperature-Insensitive Solvated Electrolytes for Low-Temperature Lithium Metal Batteries”，里面提出”配位氧鍵“的說法，簡單來說，EC、PC、SL這些高介電常數(shù)溶劑是氧供體溶劑，氧的強(qiáng)電負(fù)性完全阻止了Li+和陰離子的配位，使得電解液中Li+以溶劑分離離子對（SSIP）的形式存在，Li+與溶劑直接配位，陰離子不能直接與Li+配位。這種情況導(dǎo)致的結(jié)果是，由于氧供體溶劑的強(qiáng)電負(fù)性，限制了（鋰金屬電池）在低溫下的可逆性和動力學(xué)性能。其它文獻(xiàn)[2]也認(rèn)為：電解質(zhì)溶劑化殼層（solvation sheath）的脫溶劑化過程是在超低溫下工作的鋰離子電池的控制步驟。

在低溫下工作的典型鋰離子電池配置中鋰離子擴(kuò)散途徑的關(guān)鍵步驟

溶劑分離離子對（SSIP，solvent-separated ion pair）：Li+與一些溶劑強(qiáng)配位，Li+淹沒在溶劑的汪洋大海中，難以脫身；弱溶劑化電解液的理念來源于此。

緊密接觸離子對（CIP，contact-ion pair）：一個Li+與一個陰離子配位。Li+在溶劑的汪洋大海中終于找到一葉扁舟。一個Li+與一個陰離子配位，共同參與SEI的形成，SEI富含LiF、LiPO4

小聚體（AGG，aggregation）：多個Li+與一個陰離子配位。例如高濃度電解液。

納米簇（cluster）：由CIP、AGG組成的一個群體。

圖 1.電解質(zhì)的設(shè)計原理：通過調(diào)節(jié)供體溶劑的電負(fù)性實(shí)現(xiàn)溶劑化設(shè)計的示意圖。

Figure 1. Design principles and solvation regulation of the electrolyte: schematic illustration of the solvation design by electronegativity regulation of the donor solvents.

局部高濃度電解液中溶劑化團(tuán)簇結(jié)構(gòu)示意圖[3]

Figure 2. Schematic structure of solvation clusters in the localized high-concentration electrolyte.

圖 溶劑化結(jié)構(gòu)示意圖（a）SSIP、CIP和AGG；(b)納米簇

解決辦法：用一種非溶劑共溶劑來減弱醚類溶劑中供體氧的電負(fù)性，使陰離子供體參與到Li+的溶劑化結(jié)構(gòu)中。具體來說，用TTE這種不溶解鋰鹽的溶劑作為共溶劑，加入THF等醚類混合溶劑中，來調(diào)整溶劑化結(jié)構(gòu)。文章認(rèn)為DMC、DOL、DME、THF、2MeTHF（2-methyltetrahydrofuran）等都是弱供體溶劑，有氧，但是電負(fù)性較弱，允許Li+和陰離子結(jié)合，在低濃度電解質(zhì)中形成CIP和AGG。THF和2MeTHF被選為具有較弱電負(fù)性和最佳還原穩(wěn)定性的溶劑，用TTE這種不能與Li+配位的供體溶劑，進(jìn)一步減弱MixTHF（THF+2MeTHF）的電負(fù)性，在LFP/Li電池中獲得優(yōu)良的低溫與電化學(xué)循環(huán)性能。文中通過觀察峰位的移動來判斷各組分之間的相互影響，值得學(xué)習(xí)。文章應(yīng)用醚類電解液，雖然DME、THF等溶劑對金屬鋰具有還原穩(wěn)定性，但是卻不耐氧化，在高電壓體系中無法應(yīng)用，所以文中只能采用LFP作為研究對象，LFP的面容量1.5mAh/cm2，很低。用一種低容量正極LFP與一種高容量負(fù)極Li進(jìn)行匹配，NP比6，也許不具備產(chǎn)業(yè)化價值，但是這種電解液的設(shè)計思路，尤其是從氧的角度來進(jìn)行解釋，繼氫鍵、鋰鍵后又提出了氧鍵，這一點(diǎn)我個人認(rèn)為是最大的創(chuàng)新。

本文原標(biāo)題為用氧鍵解釋電解液中溶劑化結(jié)構(gòu)，有利于行業(yè)對鍍液進(jìn)一步的了解，文章轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有。