电动车以方便、环保作为出行工具受到越来越多消费者的欢迎，但是它的电池问题却一直被诟病。

目前，锂（Li）离子电池作为常用的电动车电池被广泛地应用。但是，在它发展30多年的时间里，其能量密度（单位质量所能提供的能量）指标已接近能达到的理论极限。

金属锂电池目前距离实际市场应用最大的问题是循环寿命差，由于电池内部用金属锂单质是一种非常活泼的金属，在电池循环的过程中容易被电解液腐蚀，导致电池快速容量衰减，不利于电池的长循环。

近日，斯坦福大学崔屹教授、鲍哲南教授课题组共同提出了一种全新的提升液态电解液性能设计的策略。

该策略通过设计与合成全新的溶剂分子，使其能在显著提高电解液稳定性的同时，保持锂离子溶剂化能力，使用含有这一系列溶剂分子的电解液的金属锂电池实现了高能量密度、高安全性以及优秀的循环寿命。

对金属锂负极一侧的稳定性来讲，最直接、合理的衡量指标是库仑效率（沉积一定量的金属锂之后，有多少的金属锂依然能够被可逆、再次的使用的比例）。传统电解液库伦效率大概在95%甚至更低，而该研究通过全新电解质设计，可使金属锂负极的库伦效率达到99.5%。

5月9日，相关研究以《双溶剂锂离子溶剂化推动高性能金属锂电池》（“Dual-SolventLi-lonSolvationEnablesHigh-PerformanceLi-MetalBatteries”）为题发表在AdvancedMaterials。该论文通讯作者为崔屹、鲍哲南，第一作者是王瀚森、俞之奡。

图丨相关论文（来源：AdvancedMaterials）

设计电解液有机分子：“X盒子”的打开过程

据了解，该研究是崔屹、鲍哲南课题组金属锂电池系列研究之一。在之前的研究中，该课题组提出了分子设计概念。

图丨沉积在1MLiFSI/6FDMH-DME电解液和其他对比电解液中的锂金属形貌的表征（来源：AdvancedMaterials）

通常来讲，用氟取代分子是一种常规操作方法，以实现更高的稳定性。但是氟代会极大降低溶剂对锂盐的溶剂化能力，同时降低、恶化电解液的导离子率。

在之前的研究中，崔屹、鲍哲南课题组通过对醚类分子进行选择性氟代，得到了FDMB分子，该分子在显著提高电解液稳定性与阻燃性的同时，依然能保持非常不错的溶解锂盐能力。

据了解，该研究的独特之处在于，其设计、合成的有机化学分子是全新的、未报道过的分子。

一般来说，每个已知化学品会有一个单独的ID号码，即CAS（ChemicalAbstractsService）号。而该研究的这些分子在化学库里并没有CAS号，用这种全新的有机分子做液态电解液的溶剂，相当于直接把现有的锂离子电池里的液态电解液换成了他们设计合成的分子。

俞之奡表示，如此简单、廉价且能大规模合成的一些有机分子没有CAS号，确实比较意外。这说明，在电解液分子设计、合成的方面还有很多可能性。

他补充说道，“在调试分子的过程中，可以随时发现一个分子是不是最优化的结果，是否还有提升的空间，然后再进行系列精细的调控，最终确认最理想的分子及其比例。”

图丨电解液中锂离子的溶剂化（来源：AdvancedMaterials）

在本研究中，为了进一步提高电解液的倍率性能，研究者提出共溶剂的策略。将FDMB替代为稳定性更高的FDMH，同时将1,2-dimethoxyethane（DME）用作共溶剂，并优化了其比例（vFDMH:vDME=6:1），有效降低了离子和界面电阻，但不会降低电解质稳定性。

实验结果显示，采用这种1mLiFSI/6FDMH-DME电解质配方，电池实现了高的锂金属循环CE（99.5%）和氧化稳定性（6V），同时大大降低了锂循环过电位。

20mLi

NMC纽扣电池可持续次循环，容量保持率为84%。在贫电解液条件下（≈2.1LmAh1），Cu

NMC型工业级无负极软包电池可循环次，最终容量达到初始容量的75%。

图丨LiFSI/FDMH-DME电解液的全电池循环性能（来源：AdvancedMaterials）

该研究在双溶剂系统，最重要的是要优化两种溶剂的比例，研究的难点在于需要大量实验。

对此，王瀚森解释道：“需要尝试很多种类的配方，比较分子间的性能，再去确定用哪些设计、原料，最终合成调配到比较理想的配方。在此之后，系列的测试、表征就变得顺其自然了。”

俞之奡表示，这个探索的过程很有意思，但是有时候也有些“心酸”。“与化工厂不同，我们在实验室进行有机分子的大量合成有很多条件限制，有时候也可能一不小心分子合成就‘不见了’，这是一个从0到1的过程，从完全未知到小规模再到中规模。”

“要么上书架，要么上货架”

在研究过程中，两位通讯作者崔屹、鲍哲南对学生们有着指导性作用，并且他们用实际行动带领、启发学生们尝试更多的可能性。

王瀚森是崔屹教授的学生，目前在斯坦福大学材料科学与工程系博士五年级在读。他认为，崔屹教授有两点让他印象深刻。

第一，崔教授

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