曹余良/钟发平ACS Energy Lett.：基于配位数规则的先进电解液设计

先进电解液在下一代锂二次电池的开发中发挥着关键作用。然而，许多强极性溶剂作为电解液的主要成分，与锂离子电池中商业化的石墨负极不相容。

武汉大学曹余良、先进储能材料国家工程研究中心钟发平等提出了配位数（CN）规则的新概念，通过调节离子-溶剂配位（ISC）结构来优化电解液的电化学兼容性。

图1 石墨电极在不同电解液中的首次充放电曲线

基于此规则，作者将低配位数溶剂(LCNSs)引入高配位数溶剂(HCNS)电解液中，以将阴离子诱导到Li⁺的第一个溶剂化壳中，形成阴离子诱导的ISC(AI-ISC)结构。具有AI-ISC结构的HCNS-LCNS电解液显示出增强的还原稳定性，使石墨负极的可逆锂化/脱锂成为可能。

因此，作者证明了采用LCNSs（DEC、EMC或DMC）作为助溶剂可以大大提高HCNS（PC、DMF或TMP）电解液与商业石墨负极的电化学兼容性。

图2 不同电解液的红外光谱表征

通过结合红外光谱测试和DFT计算，研究发现LCNSs的影响是由于溶剂分子对 Li⁺的不完全溶剂化，这迫使阴离子进入Li⁺的溶剂化壳层，从而在LCNS-HCNS电解液中形成AI-ISC结构，结果导致更高的LUMO能级和更好的耐还原性。

CN规则通过使用不同配位数的共溶剂调节Li⁺的溶剂化结构，为提高电解液的稳定性提供了一种直接而有效的策略。

图3 简化的溶剂化模型及对石墨负极的稳定性

Designing Advanced Electrolytes for Lithium Secondary Batteries Based on the Coordination Number Rule. ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02194

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曹余良/钟发平ACS Energy Lett.：基于配位数规则的先进电解液设计

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