▲共同第一作者：孙创超，李如宏，翁素婷；
共同通讯作者：浙江大学范修林和中科院物理所王雪峰。
论文DOI: 10.1002/anie.202400761 （点击文末「阅读原文」直达链接）
目前锂离子电池的能量密度已接近理论极限，但仍无法满足人们的出行需求。尽管以锂金属或者硅作为负极的下一代锂电池可以在能量密度上实现进一步的突破，然而由于这些材料巨大的体积膨胀效应，导致负极一侧生成的固态电解质界面层（SEI）在循环过程中容易破坏，引发持续的副反应，进而造成容量迅速衰减。研究的核心问题：SEI是解决锂金属或者硅负极容量衰减的关键。
目前已有的研究，包括局部高浓电解液和弱溶剂电解液等，表明由阴离子主导分解衍生的SEI与锂金属或者硅负极具有良好的相容性。然而不可避免的溶剂分解参与到SEI的形成过程中导致了SEI的非均质性，在后续长循环过程中也存在发生破裂的隐患。纵观各类已经报道过的研究，大家基本上都着眼于增加阴离子的分解来构筑良好的SEI，却忽略了溶剂在SEI形成过程中带来的影响。我和课题组成员都遇到过一种情况，就是发现同样是弱极性的溶剂，配置的电解液具有类似的溶剂化结构，甚至有些其中CIP和AGG所占的比例不少于局部高浓电解液，然而最终却发现对于锂金属或者硅的库伦效率却存在较大的区别。着眼于此，我们决定探究溶剂本身在负极SEI形成过程中扮演的角色。
通过调研文献结合合理推测溶剂分解过程，我们发现溶剂本身的配位能力（CDA）与亲电子能力（EPT）影响了溶剂在负极被还原过程中的活化能能垒的变化。进一步发现这两个参数可以与溶剂分子中原子与原子间的电负性差值建立联系。依据以上准则，筛选并合成了三种最有潜力的溶剂应用于高能锂电池体系中。
研究表明电解液中溶剂化结构相似的情况下，溶剂本身的EPT值的确会极大地影响溶剂在负极一侧的还原稳定性，导致了最终电池性能的千差万别。本工作中，用最耐还原的溶剂制备的电解液体现出较高的锂金属脱镀库伦效率（99.6%）以及对硅负极体良好的相容性（循环600周期剩余81%容量）。使用GC-Q-TOFMS得到的产物合理推测出溶剂的分解路径，结合理论计算模拟，得出不同溶剂分解的能垒存在较大的差异。
设计的电解液对NCM811正极也体现出良好的相容性，能够使20-μm Li metal ||2.5-mAh cm-2 NCM811锂金属全电池循环300周期具有95%的容量保持率，并且实现了200mAh Cu||NCM523软包电池循环100圈后具有82%的容量保持率。
本课题首先通过建立适当的模型解析并探讨影响溶剂在负极一侧还原的过程，将11种溶剂进行分类，筛选出较合适的三种溶剂为研究对象。进一步通过有机合成得到目标溶剂，配置成电解液进行相关的性能测试和结构表征。最终表明溶剂的EPT值越高，导致溶剂在负极一侧更容易分解，在溶剂化结构相似的前提下，对于锂金属和硅负极的相容性较差。本工作为高能锂电池电解液的设计提供了一种全新的思路。工艺，研发，机理和专利！软包电池方向重磅汇总资料分享！
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