锂離子電池電解質共溶劑分離現象及其對電池性能的影響
前言：随着锂離子電池技術的快速發展，電解質的設計和優化在實作更高性能電池方面變得越來越重要。研究發現，通過調整锂鹽濃度和溶劑組合，可以在電極之間實作有利于電化學性能的離子和溶劑分布。這一發現有望為未來電化學能量存儲系統的設計和優化提供新思路。
電流驅動的溶劑分離程度會随着鹽含量的增加而增加，這表明溶劑的遷移率受到離子摩爾濃度的影響。
對于1.0 M的鹽濃度，陽極和陰極希特爾夫室中的最終EC：EMC比分别為0.96：1和1.03：1，導緻電池整體上的EC品質分數差異為5.1%。
在表面邊界層的濃度剖面被平均到希特爾夫電池的整個室之後，這是仍然存在的濃度差異。與本文相關的資料倉庫提供了完整的實驗資料。
在陽極室中觀察到的EMC組成比例也有所增加，這表明EMC而不是EC更傾向于與LiPF6一起移動。這與平衡溶劑化研究的結果形成鮮明對比，後者通常認為EC與LiPF6鹽結合得更緊密。
出乎意料的是，EC逆着鹽濃度梯度移動的結果表明，在施加電流的情況下，可能存在一種獨立于基于溶劑物種介電常數的經典溶劑化互相作用的動力學阻力互相作用，導緻溶劑分離。
在這項研究中，實驗資料方面的内容也值得關注。例如，在1.0 M鹽濃度的實驗中，研究人員觀察到陽極和陰極Hittorf室中最終的EC:EMC比例分别為0.96:1和1.03:1。
結果說明，電流驅動的溶劑分離現象對電解質組成産生了明顯影響。此外，實驗資料還顯示了電解質在不同濃度和溫度下的傳輸和熱力學性質。
為了更好地了解電流誘導的共溶劑分離現象，研究人員還對1.0 M LiPF6 EC:EMC 1:1品質比電解質施加了限制電流密度。
實驗結果顯示，在限制電流下，鹽和溶劑濃度的梯度會在整個電極間隙中保持穩定。此外，附圖展示了EC:EMC品質比對交叉擴散系數D×和EC電滲濾系數Ξ的敏感性。在研究過程中，D×的範圍是基于熱力學穩定性界限得出的，即0 ≤ D× < DecT / 2c。
實驗資料還揭示了共溶劑組成變化對電解質在電極之間位置處的電化學性質的影響。例如，锂離子的溶劑化環境會影響（解）溶劑化能和電化學反應動力學。與電極表面緊密相鄰的電解質組成會直接改變SEI形成反應和SEI組成本身。
連續層次模組化研究表明，電解質傳輸和熱力學性質作為鹽摩爾濃度和溫度的函數是預測電池在極端操作條件下的行為所必需的。
這些資料結果表明，這種高保真度模拟可能需要擴充到包括溶劑比例變化。值得注意的是，在附圖所顯示陽極界面的情況下，根據是否考慮共溶劑分離，預測的粘度變化可達22%。
這些研究成果對于實際應用中的锂離子電池具有重要意義。通過更深入地了解離子和共溶劑在電極之間的分布和互相作用，研究人員可以更好地設計和優化電化學能量存儲系統。
例如，可以針對快速充電或與锂金屬電極相容等先進應用，設計新型共溶劑混合物。此外，研究發現的共溶劑分離現象，以及其對電池性能的影響，為電池模組化和仿真提供了新的思路。
随着電池技術不斷向高能量密度、高功率密度、長壽命和安全性等多方面發展，锂離子電池電解質的研究将在實作電池性能突破中發揮關鍵作用。
在未來的研究中，科學家們可以嘗試通過調整電解質組成、溶劑類型和濃度等因素，進一步探索電解質在不同應用場景下的性能優化。電池模組化和仿真工具也需要不斷完善，以更準确地預測電池在各種操作條件下的性能。
結論：這項研究為了解和優化锂離子電池電解質提供了有價值的見解。通過調整锂鹽濃度和溶劑組合，可以實作有利于電化學性能的離子和溶劑分布。研究結果還揭示了電解質組成對電池性能的重要影響。未來，在電池設計和優化方面，考慮溶劑比例的變化将具有重要意義。
随着電動汽車、可穿戴裝置、儲能裝置等對高性能锂離子電池需求的不斷增長，這項研究将為實作更高性能、更安全的電池提供重要參考。
在今後的研究工作中，還需要克服更多挑戰，例如開發出新型電解質材料，提高電池的充電速度和循環壽命等。人們有望在不久的将來實作更加先進和可靠的電化學能量存儲系統。
