黏度是与离子传输和电解液润湿性相关的极其重要的性质。获取黏度值和深入理解这一性质仍然是一个具有挑战性但至关重要的过程，这有助于评估电解液性能并针对具有目标性质的电解质配方进行改进。
这里，清华大学张强教授等人提出了一种被称为屏蔽重叠法的方法，通过分子动力学模拟来高效地计算锂电池电解液的黏度。作者进一步全面探讨了电解液黏度的起源。溶剂的黏度与分子之间的结合能呈正相关，这表明黏度与分子间相互作用直接相关。电解质中的盐会随着浓度的增加显著增大黏度，而稀释剂则起到降低黏度的作用，这是由于阳离子-阴离子和阳离子-溶剂结合强度的变化引起的。 这项工作开发了一种准确、高效的计算电解液黏度的方法，并深入了解了分子水平的黏度，具有加速下一代可充电电池先进电解质设计的巨大潜力。
图1 粘度（η）的计算方法以及纯溶剂的粘度和结合能（Eb）的总结。
图2 锂氟磺酰亚胺/碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯电解液的溶解结构和电化学性质
图3 DMC/LiFSI电解液不同盐浓度下的MD快照、黏度、扩散系数和溶剂化结构统计
本研究开发了一种有效可靠的方法——SOM 来计算电解质粘度，通过分子动力学模拟计算的粘度值相对误差小于±5%，适用于大多数溶剂。作者进一步系统地探索了粘度分子起源，发现纯溶剂和二元溶剂混合物的粘度与溶剂分子间的结合能呈指数关系，这表明了分子间相互作用与粘度的内在相关性。
此外，溶剂混合物的粘度不遵循单个溶剂粘度的线性叠加，这也归因于分子间相互作用的变化。盐会增加电解质粘度，不仅因为阳离子和阴离子之间的结合比溶剂分子间的结合更强，而且还因为阳离子和溶剂之间有额外的结合。这些相互作用随着盐浓度的增加而逐渐增强。低粘度的稀释剂通过减弱电解质成分之间的总体结合强度，有助于缓解浓电解质的高粘度，降低粘度和加快离子传输。
总之，本研究提出的计算方法为获取电解质粘度提供了有效途径，并有助于揭示分子间相互作用和粘度之间的潜在相关性。结合对粘度的深入了解，该方法有望加速设计高性能电池分子和电解质配方。
Nan Yao, Legeng Yu, Zhong-Heng Fu, Xin Shen, Ting-Zheng Hou, Xinyan Liu, Yu-Chen Gao, Rui Zhang, Chen-Zi Zhao, Xiang Chen, Qiang Zhang. Probing the Origin of Viscosity of Liquid Electrolytes for Lithium Batteries Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202305331.
Angew：用于可充电锂电池的低温电解质的40年发展历程
可充电锂电池是我们电气化社会中最适合的能量储存系统之一，因为几乎所有便携式电子设备和电动汽车现在都依赖于其中存储的化学能量。然而，在零下摄氏度下运行，特别是低于-20℃，仍然是锂电池面临的巨大挑战，极大地限制了它们在极端环境中的应用。慢速Li+扩散和电荷转移动力学已被确定为低温条件下RLB性能差的两个主要原因，两者都与控制体积和界面离子传输的液态电解质密切相关。
清华大学张强教授等首先从电解质的角度分析可充电锂电池（RLBs）的低温动力学行为和失效机制。作者接下来追溯了过去40年（1983-2022）低温电解质的历史，随后对研究进展进行了全面的总结，并介绍了揭示其潜在机制的最新表征和计算方法。最后，作者提供了一些关于未来低温电解质研究的展望，特别强调机制分析和实际应用。
商用高能密度富有韧性的可充电锂电池（RLB）在冰点下的可靠运行仍然具有挑战性但有着很大的前途。电解液极大地影响着锂电池的低温性能。通过高端表征、可靠模拟和设备级别的电化学测量，低温电解液方面不断深入的工程和科学理解是可预测的，这可能会在工业规模下带来一些重大突破。我们可以乐观地期待，在不久的将来，商用RLB在0至-40°C的温度范围内可以保留相当的容量，消除电动车在所有气候条件下的里程焦虑。
在可预见的未来，锂电池有望在-80°C以下进一步发挥作用。届时，它们将成为可靠的太空探索电源。
Zeheng Li, Yuxing Yao, Shuo Sun, Chengbin Jin, Nan Yao, Chong Yan, Qiang Zhang. 40 Years of Low-Temperature Electrolytes for Rechargeable Lithium Batteries Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202303888.
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