電池驅(qū)動的電動汽車（EV）的充電時間與燃油驅(qū)動的內(nèi)燃汽車的加油時間相近，對電動汽車市場的快速滲透非常有利。眾所周知，電池中的電解液對電池的快速充電能力起著至關(guān)重要的作用，因為電解液決定了離子的傳輸速率以及電池正極和負極上衍生的電極/電解質(zhì)界面。

圖1 所設(shè)計電解液的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系圖

太平洋西北國家實驗室許武、Xia Cao等以雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）為導(dǎo)電鹽，以碳酸二甲酯（DMC）為溶劑化溶劑，以碳酸乙烯酯（EC）為添加劑，并以1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（TTE）為稀釋劑，開發(fā)了一系列具有快速充電能力的電解液，通過調(diào)整電解液中溶劑化溶劑和稀釋劑的摩爾比可實現(xiàn)快速充電功能。

作者通過仔細評估溶劑化結(jié)構(gòu)、配位環(huán)境、粘度和離子電導(dǎo)率，揭示了高離子電導(dǎo)率電解液的設(shè)計規(guī)則。

圖2 Gr||NMC811電池的電化學(xué)性能

除了在基于NMC811正極和石墨負極的LIB中實現(xiàn)了快充的電化學(xué)性能外，作者還提出了一種具有可控溶劑化結(jié)構(gòu)的電解液，與普通局部高濃度電解液（LHCE）相比，它具有較高的鹽解離度，從而實現(xiàn)了較高的離子電導(dǎo)率，同時，與傳統(tǒng)電解液相比，它在正極和負極上分解的游離溶劑最少。

因此，這種受控溶劑化電解液（CSE）與NMC811正極和石墨負極都具有良好的兼容性，因為它形成了一層薄而堅固的鈍化層，提高了離子遷移率，并防止了正極顆粒的結(jié)構(gòu)退化和開裂。

這項研究揭示了CSE獨特的配位結(jié)構(gòu)對于提高鋰離子載流子遷移率以及在300次循環(huán)中維持4 C的快充速率的重要性。

圖3 循環(huán)前后石墨負極的HRTEM和XPS表征

Designing Electrolytes With Controlled Solvation Structure for Fast-Charging Lithium-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202301199