材料人网产品板块致力于收录有价值的新材料成果。欢迎课题组和企业前往网站发布。近期产品库收录的关于电解液的新思路、新方法如下，部分成果摘录自高校及科研单位官网报道。注：欢迎动力电池储能电池及其上下游产业链人才加入材料人微信交流群，及时获取相关信息。您可以添加客服微信告知“姓名+单位+职位”，联系入群。客服微信号cailiaokefu。美国SLAC国家加速器实验室Gang Wan/Michael F. Toney，美国DEVCOM陆军研究实验室许康、Oleg Borodin课题组合作，展示了自放电的另一种途径，即层状过渡金属氧化物正极的氢化可通过从碳酸盐溶剂到二硫化氧化物的氢转移诱导自放电。在自放电正极中，本工作进一步观察到质子和锂离子浓度梯度负相关，这导致了脱锂化正极内部的化学和结构异质性，加速了降解。在二锂化正极中发生的氢化可能会影响层状正极的化学机械耦合以及锂离子电池的日历寿命。相关论文以题为“Solvent-mediated oxide hydrogenation in layered cathodes”的论文发表在Science上。针对先进电解液设计的关键物性数据匮乏的关键难题，清华大学化工系陈翔-张强课题组已经在该领域开展了一系列创新研究。团队发展了电解液还原稳定性、介电常数、黏度等多种性质模拟计算方法与机器学习预测模型，开发了电解液高通量计算软件与人工智能设计平台，构建了全球领先的电解液数据库，为高效电解液研发提供了重要基础平台。结合人工智能方法，团队揭示了锂电池电解液离子–溶剂化学理论的普遍规律，结合可解释机器学习发现了影响电解液还原稳定性的重要描述符，为先进电解液的设计开发提供了新的理论参考。团队采用机器学习方法对电解液的介电常数进行了预测，研究方法适用于各类溶液体系，为高性能电解液的理性设计和高通量开发提供了可靠指导。对于开发宽温域电解液而言，高通量获取电解液分子的熔点、沸点和闪点等关键物性至关重要。然而，模拟相变过程通常需要耗费大量时间和计算资源，且准确捕捉体系的平衡状态存在一定难度，从而影响了预测的精度。对于闪点而说，其预测不仅需要模拟物质的蒸发过程，还需考虑其与空气形成可燃混合物的温度，复杂性极高。当前对于熔点、沸点和闪点等物性的高效预测方法尚显不足，因此亟需开发更加高效且精确的预测模型。为了解决这一挑战，陈翔-张强课题组开发了一种知识与数据双驱动的二次电池电解液分子性质预测框架——KPI（Knowledge-based electrolyte Property prediction Integration Framework，基于知识的电解液性质预测集成框架）。该框架不仅精确预测了电解液分子的关键性质，还深化了对分子构效关系的理解，为人工智能与领域知识的深度融合提供了新路径。![]()
西安交通大学电气学院王鹏飞教授课题组设计了一种双阴离子配位的具有局部高浓度结构的磷酸酯类电解液，并在正极表面形成了薄而稳定的富含磷/硼的梯度CEI。电化学测试、界面表征和理论模拟计算结果一致表明，这种含有多种无机成分的电极/电解液中间相能够有效抑制电极界面上持续发生的副反应，并能通过多组分的协同作用增强钠离子的界面传输动力学，在保证优异的阻燃特性的前提下能够有效稳定电极。当使用该电解液时，以Na0.95Ni0.4Fe0.15Mn0.3Ti0.15O2为正极的钠金属电池在4.2 V电压下具有高达167.5 mA h g-1的放电比容量；在1 C的高倍率下循环800圈后，容量保持率高达85.2%，具备出色的长循环稳定性与高安全性。这项工作从溶剂化结构的角度为阻燃电解液的设计提供了新见解，有望促进高比能、长循环寿命、高安全性的钠金属电池的发展。该研究成果以《双阴离子配位构造富磷/硼的正极/电解液界面实现安全稳定钠金属电池》（Dual-Anionic Coordination Manipulation Induces Phosphorus and Boron-Rich Gradient Interphase Towards Stable and Safe Sodium Metal Batteries）为题，发表在国际顶尖学术期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。![]()
西安交通大学郗凯教授团队提出了一种氧化还原调节器型（RR）的电解液添加剂策略，通过在电解液中加入4-巯基吡啶（4Mpy）动态调节多硫化物转化路径。这种RR型添加剂不仅减缓了多硫化物的穿梭，也减缓了添加剂自身的穿梭问题。研究发现，4Mpy添加剂的氧化还原转化机制不同于传统电解液，4Mpy能够形成吡啶硫醇锂（Li-pyS），在充电/放电循环过程中可逆参与多硫化物转化，动态调节多硫化物向硫化锂的转化路径，显著改善氧化还原过程并促进Li2S的三维形成，从而增强反应动力学。因此，具有4Mpy添加剂的锂硫电池在10.88 mg cm-2的高硫负载下放电容量达到10.05 mAh cm-2。这项研究不仅提出了一种解决多硫化物缓慢转化动力学的方法，还为其他同类型溶解-沉积型金属电池的电解液设计提供了宝贵见解。该工作以“有机硫电解液添加剂在锂硫电池中动态调节多硫化物转化路径”（Dynamically Regulating Polysulfide Degradation via Organic Sulfur Electrolyte Additives in Lithium-Sulfur Batteries）为题发表在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上。近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心特聘研究员王雪锋联合北京大学、中国科学技术大学、苏州大学的科研人员，报道了具有独特纳米级溶剂化结构的接触离子对聚集体（CIPA）电解液。其中，离子对密集地排列形成大尺寸的聚集体，可以通过集体电子转移过程促进锂金属负极快速界面还原动力学，从而形成稳定的界面。采用高镍正极组装的505.9 Wh /kg锂金属软包电池，经过130个循环后能量保持率为91%。该工作采用冷冻透射电子显微镜，结合一系列先进的表面分析技术，研究固态电解质界面膜的结构、成分和空间分布。在结构上，CIPA电解液在锂金属负极表面形成薄且均匀的SEI膜。该膜平均厚度约为6.2 nm，低于局部高浓电解液中所形成的SEI膜。两种电解液中形成的SEI膜都表现出有机–无机复合结构，其中CIPA电解液所形成的SEI膜中Li2O纳米晶粒尺寸和分布表现出更高的均匀性。在成分上，与CIPA电解液相比，LHCE-G3电解液形成的SEI中LiF含量较少且C-和O-的信号更强，表明FSI−阴离子分解减少，溶剂分解更为严重。在空间分布上，CIPA电解液衍生的SEI膜中C-和S-元素从内到外分布更加均匀，而LHCE-G3电解液在SEI膜的外层检测到明显的C-信号，而S-信号则在内层集中，说明LHCE-G3电解液的还原行为是不均匀的，这会引发局部的锂沉积，导致锂枝晶的形成。研究综合界面表征结果发现，CIPA电解液中FSI−阴离子通过集体电子转移机制迅速还原，形成富含LiF和Li2O且低有机含量的SEI膜。这种稳定的SEI层为锂金属负极提供了有效保护，防止了进一步的副反应，从而增强了锂金属电池的循环稳定性和安全性。相关研究成果以Towards long-life 500 Wh kg-1 lithium metal pouch cells via compact ion-pair aggregate electrolytes为题，发表在《自然-能源》（Nature Energy）上。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项等的支持。近日，麻省理工学院研究人员进一步证明了Li2O在SEI中起到了关键作用，有助于实现锂金属电池的高库伦效率。研究人员发现Li2O与高库仑效率之间存在强烈的正相关关系，比LiF的相关性更强；并利用Li2O的有益作用，成功创造了完全无氟的电解液，实现了超过99%的库仑效率，为电解液设计提供了新的策略。此外，Cryo-HRTEM表征结果表明，Li2O在SEI中的分布和形态对锂金属负极的性能有重要影响。图1（a）不同电解液的库仑效率。（b）不同电解液中的溶剂物种和盐的示例。（c）不同电解液中SEI/Li0残留物的归一化测量值。（d）不同电解液中SEI/Li0残留物归一化测量值的累积表示。© 2023 Springer Nature该研究实现了一种高库伦效率的锂金属电池，以“High lithium oxide prevalence in the lithium solid–electrolyte interphase for high Coulombic efficiency”为题发表在国际顶级期刊Nature Energy上，引起了相关领域研究人员热议。如果您希望开展计算工作，苦于没有合适的计算人才，也可以联系我们。5年以来，我们与入驻材料人平台的300余位计算顾问一起，共同服务了超过5000位客户，涵盖了包括VASP在内的多款软件以及第一性原理、分子动力学、有限元等领域。
