image: 锂金属电池用电解液中反溶剂广泛参与调节电解液溶剂化结构，界面SEI膜形成和锂金属负极沉积行为等过程。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
针对反溶剂调制机制不清的问题，南京大学科学团队聚焦反溶剂极性，巧妙地利用系列结构相似的三氟苯同素异构体类的反溶剂构筑酯基局部高浓度电解液，系统研究了锂金属电池中的反溶剂的调节机理，他们发现反溶剂广泛影响电解液溶剂化结构，界面SEI膜和锂金属沉积行为，具体发现简述如下：
- 反溶剂在溶剂化结构中起“拖曳效应”。研究发现，局部高浓度电解液中高极性反溶剂可以与初级溶剂化壳中的阴离子相互作用，而不是主溶剂，这会直接导致阴阳离子相互作用减弱。尽管这种弱的偶极-阴离子相互作用只能对溶剂化结构起到“微调”的作用，但其在整个电池寿命周期的累加会放大其调节作用。更重要的是，该发现进一步修正了现有的胶束状溶剂化结构模型。
- 反溶剂参与界面固态电解质间相形成。研究发现，反溶剂的分解会在电极电解液界面衍生有机成分，不利于界面离子传输。而前期阴离子衍生SEI膜的质量以及反溶剂极性是决定其分解量的关键。含有高极性反溶剂的电解液不利于在界面衍生薄且高离子电导率的SEI膜。
- 反溶剂的界面吸附影响锂沉积行为。研究发现，疏锂离子的高极性反溶剂更加易吸附在锂金属电极表面，这会阻碍传输过程中的锂离子传输，不利于锂金属均匀沉积。
通过优化反溶剂极性，研究团队开发出一款具有高锂金属兼容性的酯基局部高浓度电解液，其可支持锂金属全电池实现稳定循环。更为重要的是，研究团队首次建立了反溶剂极性与溶剂化结构、界面化学和Li沉积行为之间的构效关系，成功地填补了反溶剂分子结构设计的理论空白。该工作不仅修正了局部高浓度电解液的溶剂化结构模型，进一步完善了溶剂化化学理论，而且为先进二次电池电解质的系统研究提供了经典范式。