快速充電被認(rèn)為是商業(yè)鋰離子電池（LIBs）最令人羨慕的技術(shù)之一，但缺乏具有足夠離子傳導(dǎo)性和有效鈍化性能的合適電解液阻礙了其發(fā)展。

浙江大學(xué)范修林、巴伊蘭大學(xué)Malachi Noked等設(shè)計(jì)了一種混合溶劑電解液（1M LiPF₆-氟代碳酸乙烯/乙腈，F(xiàn)EC/AN，7/3體積），通過(guò)實(shí)現(xiàn)FEC主導(dǎo)的溶劑化結(jié)構(gòu)和AN豐富的環(huán)境來(lái)克服這兩個(gè)限制。

圖1. 雙溶劑（FEC/AN）的分步設(shè)計(jì)原則

在此，作者系統(tǒng)地研究了不同溶劑比例的1M LiPF₆-FEC/AN電解液。結(jié)果觀察到電化學(xué)性能對(duì)FEC/AN比例的依賴性，這使得能夠?qū)⒔缑婊瘜W(xué)與電解液的整體特性（如離子傳導(dǎo)性、粘度等）分開(kāi)。

具體來(lái)說(shuō)，在由1M LiPF₆-7FEC/3AN組成的優(yōu)化電解液中，Li-FECAN復(fù)合物和界面化學(xué)作用能夠?qū)崿F(xiàn)極高的倍率能力。它們各自的影響可以通過(guò)研究7FEC/3AN中的Li⁺配位環(huán)境來(lái)量化：

（1）就成膜能力而言，Li⁺溶劑化鞘由FEC主導(dǎo)，AN/FEC的平均配位數(shù)比≤0.26；

（2）就離子傳導(dǎo)性而言，AN將Li⁺在溶劑化結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散時(shí)間縮短到77ps，比1M LiPF₆-FEC電解液的擴(kuò)散時(shí)間低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖2. FEC/AN混合體系的溶劑化結(jié)構(gòu)、特性和整體評(píng)價(jià)

因此，與之前報(bào)道的不能承受XFC（≥6C）的快充電解液不同，7FEC/3AN使石墨電池達(dá)到了前所未有的倍率能力（20C時(shí)約為300 mAh g^-1）。此外，采用7FEC/3AN的1Ah石墨/NCM811軟包電池在8C時(shí)的放電容量是采用EC/DMC電解液的相同電池的3倍。

該工作同時(shí)實(shí)現(xiàn)了20C的石墨負(fù)極和4.5V的NMC811正極，并展示了一個(gè)全新的見(jiàn)解，即通過(guò)改變電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)，可將足夠的離子傳導(dǎo)性和有利的鈍化性能整合到一起。

圖3. Li/石墨電池性能

Solvent-Assisted Hopping Mechanism Enables Ultrafast Charging of Lithium-Ion Batteries. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c02240