自從索尼公司推出首款商用鋰離子電池以來，石墨類材料一直是負(fù)極材料的主流。石墨負(fù)極在嵌鋰后電勢快速降低，接近金屬Li負(fù)極的電勢，這一特性好的一方面是能夠提升鋰離子電池的電壓，增加鋰離子電池的能量密度，不好的一方面是過低的電勢導(dǎo)致了碳酸酯類有機(jī)電解液的分解，從而形成了一層鈍化層：固體電解質(zhì)膜，也就是我們通常所說的SEI膜。通常我們認(rèn)為SEI是保護(hù)負(fù)極、電解液的關(guān)鍵，SEI膜能夠避免電解液與負(fù)極直接接觸，減少電解液的分解，同時也能夠避免Li+與溶劑分子共嵌入，引起石墨負(fù)極的膨脹，導(dǎo)致容量衰降。因此，廣大電解液廠商在電解液設(shè)計的過程中首先需要考慮的是如何形成更加穩(wěn)定的SEI膜，因此各種有助于提升SEI膜成膜質(zhì)量的添加劑就層出不窮，例如我們常見的VC、FEC等，都是常用的SEI膜成膜添加劑。但是最近來自阿卜杜拉國王科技大學(xué)（這是一個超級有錢的大學(xué)，感興趣的可以了解一下）的JunMing等人的研究卻發(fā)現(xiàn)，SEI膜在鋰離子電池中所起到的作用并沒有我們想象的重要。

商用鋰離子電池電解液使用的多數(shù)溶劑都會發(fā)生Li+-溶劑共嵌入的問題，特別是PC溶劑，發(fā)生共嵌入時會嚴(yán)重的破壞石墨的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致石墨分層剝落，從而嚴(yán)重的影響石墨負(fù)極的循環(huán)性能。一般而言，我們認(rèn)為負(fù)極的SEI膜在防止溶劑共嵌入方面起到關(guān)鍵的作用，但是JunMing等人的研究卻發(fā)現(xiàn)，相比于SEI膜，提高電解液鋰鹽（LiTFSI）的濃度和添加無機(jī)添加劑（LiNO3）在防止溶劑共嵌入方面起到的作用更大。

那么究竟是什么原因?qū)е赂邼舛鹊腖iTFSI電解液能夠顯著改善石墨負(fù)極的穩(wěn)定性呢？為此，JunMing分別配置了不同LiTFSI濃度和配方的電解液進(jìn)行了實驗，結(jié)果如下圖所示。從下圖d中可以看到，隨著LiTFSI濃度的提高（從1M到10M），電解液的穩(wěn)定性有了顯著的提升（10M濃度電解液性能下降主要是因為濃度過高，導(dǎo)致粘度上升和離子遷移困難），并且在電解液中加入LiNO3能夠進(jìn)一步提升電解液的穩(wěn)定性。采用XRD研究顯示，在濃度較高的2.5M/0.4M電解液中石墨能夠可逆的嵌入和脫出Li+，但是在濃度較低的1.0M/0.4M電解液中，由于石墨在溶劑共嵌入的作用下發(fā)生了分層剝落，導(dǎo)致Li+的嵌入不可逆。

為了研究上述現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理，JunMing利用拉曼光譜對電解液的溶液結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，研究顯示在電解液中的TFSI-離子根據(jù)與Li+相互作用的強(qiáng)度存在幾種不同的存在形式：自由離子FI，松散離子對LIP，緊密離子對IIP和聚合離子對AIP。實驗數(shù)據(jù)顯示：1）在較低的濃度下，TFSI-的主要存在形式為FI或LIP，當(dāng)提升鋰鹽濃度時，TFSI-會向LIP和IIP轉(zhuǎn)變；2）相比于DOL，DME能夠更好的溶解鋰鹽，使得TFSI-更多的以FI的形式存在；3）NO3-能夠顯著的增強(qiáng)Li+-TFSI-之間的相互作用。

JunMing的研究讓我們在電解液開發(fā)中開辟了一個全新的思路——降低Li+-溶劑相互作用，減少溶劑共嵌入，提升石墨負(fù)極的循環(huán)性能。降低Li+-溶劑相互作用可以通過提高鋰鹽的濃度，采用溶解能力較弱的DOL溶劑體系，向電解液中添加無機(jī)鹽（如LiNO3或者NaNO3等）的手段實現(xiàn)，從而顯著的減少溶劑共嵌入的現(xiàn)象，這為未來電解液設(shè)計，特別是S正極電池電解液的設(shè)計提供了一個全新的思路，對推動S正極電池的應(yīng)用具有重要的意義。