JACS：测试电位法表征电解液性能

纳米技术

2021-06-30

电解质在Li离子电池中起到至关重要的作用，对电池性能的影响巨大，但是目前人们对电解液的作用方式，尤其是Li⁺离子的溶剂化过程难以理解，离子溶剂化自由能的表征是个非常经典的难题。数十年前有报道发展了电位测试法，能够测试溶剂化能量、离子迁移自由能，在这种方法中关键在于通过开路测试电势情况，但是该方法并未受到广泛关注。

有鉴于此，斯坦福大学Yi Cui(崔屹)等报道了一种电位测定方法，对电池电解液中的Li⁺离子溶剂化能进行表征。

本文要点：

（1）

通过结构对称电极和不对称的电解液的电池，进一步的在测试电池的开路电压后定量给出了电解液的浓度、阳离子、溶剂化能的变化规律，由此在电池过电势与高性能锂电池阳极电解液之间建立关系，发现当溶剂的过电势更低、溶剂化能更高，导致与Li⁺的结合能力更弱，导致循环性能提高。

通过冷冻电镜表征，发现较弱的溶剂化能导致阳离子固体电解液的界面相能够在循环过程中更加稳定。

（2）

通过电位测试对电解液进行表征，建立了指导发展高效锂金属阳极电解液的方法：使用较弱Li⁺溶剂化的电解液（比如氟化试剂）改善Li金属循环。同时这种方法能够筛选具有合适电解液形成能的新型高活性电解液，作者还发现溶剂化能与电荷转移阻抗等性质有关，为发展电解液提供了新见解。

参考文献

Sang Cheol Kim, Xian Kong, Rafael A. Vilá, William Huang, Yuelang Chen, David T. Boyle, Zhiao Yu, Hansen Wang, Zhenan Bao, Jian Qin, and Yi Cui*, Potentiometric Measurement to Probe Solvation Energy and Its Correlation to Lithium Battery Cyclability, J. Am. Chem. Soc. 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c03868

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c03868