電解質(zhì)水溶液與有機(jī)共溶劑共混，同時(shí)減少鹽的使用量可有效擴(kuò)大電解質(zhì)的電壓窗口，但報(bào)道的共溶劑大多是易燃和有毒的，很難實(shí)現(xiàn)安全性和電化學(xué)性能的兼容。

在此，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)溫州研究院譚穎、裴小朋，南方科技大學(xué)李一舉等人利用綠色助溶劑異山梨醇二甲醚（IDE）報(bào)道了一種新型不易燃、無(wú)毒的低鹽濃度（1.85 M）水系電解質(zhì)。由于其獨(dú)特的三維分子結(jié)構(gòu)，IDE 可以通過(guò)結(jié)合鋰離子形成五元環(huán)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，IDE的3D空間分子結(jié)構(gòu)引起的空間位阻效應(yīng)削弱了其與Li離子的溶劑化能力，使更多的陰離子參與到Li離子的初級(jí)溶劑化鞘中，從而在含有彈性IDE衍生的有機(jī)物的同時(shí)產(chǎn)生堅(jiān)固且均勻的富LiF SEI層。

此外，IDE 中的多個(gè) O 原子可有效調(diào)節(jié)分子間氫鍵網(wǎng)絡(luò)，降低 H₂O 分子活性，擴(kuò)大電化學(xué)窗口。IDE 所具有的這種獨(dú)特的溶解結(jié)構(gòu)和優(yōu)化的氫鍵網(wǎng)絡(luò)可有效抑制電極/電解質(zhì)界面副反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)4.3 V的電壓窗口。所開發(fā)的Li₄Ti₅O₁₂(LTO)||LiMn₂O₄(LMO)全電池在 2 C 條件下可循環(huán)450次以上，具有出色的循環(huán)性能。

圖1. 電解質(zhì)的物化性能

總之，該工作通過(guò)利用具有特殊不對(duì)稱雙環(huán)分子結(jié)構(gòu)的可持續(xù)、可生物降解的共溶劑IDE，開發(fā)了一種新型不易燃、無(wú)毒的低鹽濃度（1.85 M）水系電解質(zhì)。由于IDE具有兩個(gè)非平面環(huán)的獨(dú)特3D空間結(jié)構(gòu)引起的空間位阻效應(yīng)，其與Li離子的溶劑化能力減弱允許更多陰離子參與Li離子的初級(jí)溶劑化鞘，形成大量離子對(duì)從而生成穩(wěn)定的SEI（包含陰離子衍生的富含氟化物的成分和 IDE 衍生的彈性有機(jī)物）以提高電池性能。

該工作設(shè)計(jì)的1.85 M低鹽濃度電解質(zhì)通過(guò)抑制水的分解，將電化學(xué)窗口顯著擴(kuò)展至 4.3 V，正極極限高達(dá) 0.8 V（相對(duì)于 Li/Li），并在 2 C 下實(shí)現(xiàn) 450次的穩(wěn)定循環(huán)，平均庫(kù)侖效率99.35%。因此，該工作所提出的綠色I(xiàn)DE溶劑為開發(fā)低鹽混合水系電解質(zhì)提供了一條途徑。

圖2.電池性能

A Green Asymmetric Bicyclic Co-Solvent Molecule for High-Voltage Aqueous Lithium-Ion Batteries, Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202311009