应化所AFM：阴离子协同溶剂化，经济高效双离子电池的有效策略

阴离子的溶剂化结构在决定使用石墨正极的双离子电池的性能方面起着关键作用。在过去对双离子电池的研究中，电解液的设计标准主要是基于溶剂和添加剂之间的传统关系。

中科院长春应化所王宏宇、Ying Wang等提出了一种独特的协同增效策略来设计电解液。

图1. 不同电解液的离子电导率、耐高压性和理论计算

具体而言，这项工作通过结合实验和理论计算，系统地比较了石墨正极在1m LiPF₆-EMC、1 m LiPF₆-DMC/DEC (v/v=2:8，M2E8)和1 m LiPF₆-MA/DEC(v/v=8:2，A8E2)电解液中的情况，并揭示了特征分子在阴离子上的协同溶剂化机理。

研究显示，尽管一些溶剂在单独用于电解液时表现不佳，甚至无法运行，但当它们根据其特征分子组合时，出现了意想不到的性能改善。

基于协同增效的溶剂化策略，作者成功地设计了一个双离子电池的理想电解液（1 m LiPF₆-MA/DEC，A8E2），并阐明了石墨电极的电荷存储机制。

图2. 采不同电解液的锂/石墨电池在20℃下的电化学性能

研究显示，这种电解液使双离子电池能够提供高的放电容量（101.29 mAh g^-1@20℃和95.02 mAh g^-1@-20℃）、高的放电电压平台（4.75 V）和优异的倍率性能（从1C到33C）。

此外，溶剂的卓越物理特性赋予了该电池在-20℃时保持93.8%的室温容量。并且它还具有成本低和环境友好的特点。

这些优点充分显示了协同溶剂化策略的优势，这一策略将为双离子电池在高功率密度和宽工作温度范围内的应用铺平道路。

图3. 所设计电解液的电化学性能

Synergistic Solvation of Anion: An Effective Strategy toward Economical High-Performance Dual-Ion Battery. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202212287

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