1. 什么是鋰離子（Li⁺）去溶劑化？

在鋰離子電池中，電解液通常由鋰鹽（如LiPF₆）和有機溶劑（如EC、DMC等）組成。當鋰鹽溶解在溶劑中時，Li⁺會被溶劑分子包圍，形成“溶劑化殼層”（Solvation Shell）。這一過程稱為溶劑化。

而去溶劑化（Desolvation）則是指Li⁺在電極/電解液界面處擺脫溶劑分子束縛的過程。只有去溶劑化后的Li⁺才能順利嵌入負極（如石墨或硅）或沉積在金屬鋰負極表面。

簡單理解：去溶劑化就像是Li⁺在進入電極材料之前，需要先“脫掉”外面包裹的溶劑分子“外套”，否則無法順利進入電極結構。

 

編輯

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2. 去溶劑化的關鍵影響因素

（1）溶劑化殼層的穩定性

強溶劑化溶劑（如EC、PC）：介電常數高，與Li⁺結合緊密，去溶劑化能壘高。

弱溶劑化溶劑（如DME、氟代碳酸酯）：與Li⁺結合較弱，去溶劑化更容易。

（2）電解液濃度

常規電解液（1M LiPF₆）：溶劑分子較多，Li⁺溶劑化程度高，去溶劑化困難。

高濃度電解液（HCE, ≥3M）：自由溶劑分子減少，Li⁺溶劑化減弱，去溶劑化更容易。

（3）溫度

低溫（如0°C以下）：溶劑化殼層更穩定，去溶劑化能壘升高，導致電池性能下降。

高溫（如60°C）：去溶劑化加快，但可能引發副反應（如電解液分解）。

（4）電極材料

石墨負極：層間距較小，Li⁺必須完全去溶劑化才能嵌入，否則溶劑分子共嵌入會導致石墨結構破壞。

硅負極/鋰金屬負極：對去溶劑化要求稍低，但仍需優化以減少副反應。

3. 去溶劑化對電池性能的影響

（1）充電速度（倍率性能）

去溶劑化慢 → Li⁺進入電極受阻 → 充電速度降低（影響快充能力）。

去溶劑化快 → Li⁺傳輸更高效 → 電池可支持更高倍率充電。

（2）循環壽命

不完全去溶劑化：溶劑分子可能隨Li⁺進入負極（如石墨層間），導致電極結構破壞，容量衰減。

副反應加劇：溶劑分子可能在電極表面分解，消耗活性鋰，降低電池壽命。

（3）低溫性能

低溫下，去溶劑化能壘升高，Li⁺傳輸變慢，電池容量和功率大幅下降。

（4）安全性

去溶劑化不良可能導致Li⁺沉積不均勻（如鋰枝晶生長），增加短路風險。

4. 如何優化去溶劑化過程？

（1）電解液優化

使用弱溶劑化溶劑：如氟代碳酸酯（FEC）、DME等，降低Li⁺-溶劑結合能。

高濃度電解液（HCE）：減少自由溶劑分子，削弱溶劑化效應。

添加劑（如VC、FEC）：促進穩定SEI膜形成，阻止溶劑共嵌入。

（2）界面工程

人工SEI膜：在電極表面構建LiF-rich界面，加速Li⁺傳輸。

表面涂層：如Al₂O₃、Li₃PO₄涂層，改善Li⁺去溶劑化動力學。

（3）新型電解質體系

局部高濃度電解液（LHCE）：通過稀釋劑調節溶劑化結構，兼顧高濃度電解液的優點和低粘度。

固態電解質：無溶劑化問題，但需解決界面接觸問題。

（4）溫度管理

預加熱（低溫環境）：提高溫度可降低去溶劑化能壘，改善電池性能。

總結：

Li⁺去溶劑化是鋰離子電池中的關鍵步驟，直接影響電池的快充能力、循環壽命、低溫性能和安全性。通過優化電解液組成、調控界面化學、采用新型電解質體系等手段，可以有效降低去溶劑化能壘，提升電池綜合性能。未來，隨著快充電池和低溫電池的需求增長，去溶劑化研究將成為鋰電技術的重要方向之一。