锂离子电池电解质共溶剂分离现象及其对电池性能的影响
前言：随着锂离子电池技术的快速发展，电解质的设计和优化在实现更高性能电池方面变得越来越重要。研究发现，通过调整锂盐浓度和溶剂组合，可以在电极之间实现有利于电化学性能的离子和溶剂分布。这一发现有望为未来电化学能量存储系统的设计和优化提供新思路。
电流驱动的溶剂分离程度会随着盐含量的增加而增加，这表明溶剂的迁移率受到离子摩尔浓度的影响。
对于1.0 M的盐浓度，阳极和阴极希特尔夫室中的最终EC：EMC比分别为0.96：1和1.03：1，导致电池整体上的EC质量分数差异为5.1%。
在表面边界层的浓度剖面被平均到希特尔夫电池的整个室之后，这是仍然存在的浓度差异。与本文相关的数据仓库提供了完整的实验数据。
在阳极室中观察到的EMC组成比例也有所增加，这表明EMC而不是EC更倾向于与LiPF6一起移动。这与平衡溶剂化研究的结果形成鲜明对比，后者通常认为EC与LiPF6盐结合得更紧密。
出乎意料的是，EC逆着盐浓度梯度移动的结果表明，在施加电流的情况下，可能存在一种独立于基于溶剂物种介电常数的经典溶剂化相互作用的动力学阻力相互作用，导致溶剂分离。
在这项研究中，实验数据方面的内容也值得关注。例如，在1.0 M盐浓度的实验中，研究人员观察到阳极和阴极Hittorf室中最终的EC:EMC比例分别为0.96:1和1.03:1。
结果说明，电流驱动的溶剂分离现象对电解质组成产生了明显影响。此外，实验数据还显示了电解质在不同浓度和温度下的传输和热力学性质。
为了更好地了解电流诱导的共溶剂分离现象，研究人员还对1.0 M LiPF6 EC:EMC 1:1质量比电解质施加了限制电流密度。
实验结果显示，在限制电流下，盐和溶剂浓度的梯度会在整个电极间隙中保持稳定。此外，附图展示了EC:EMC质量比对交叉扩散系数D×和EC电渗滤系数Ξ的敏感性。在研究过程中，D×的范围是基于热力学稳定性界限得出的，即0 ≤ D× < DecT / 2c。
实验数据还揭示了共溶剂组成变化对电解质在电极之间位置处的电化学性质的影响。例如，锂离子的溶剂化环境会影响（解）溶剂化能和电化学反应动力学。与电极表面紧密相邻的电解质组成会直接改变SEI形成反应和SEI组成本身。
连续层次建模研究表明，电解质传输和热力学性质作为盐摩尔浓度和温度的函数是预测电池在极端操作条件下的行为所必需的。
这些数据结果表明，这种高保真度模拟可能需要扩展到包括溶剂比例变化。值得注意的是，在附图所显示阳极界面的情况下，根据是否考虑共溶剂分离，预测的粘度变化可达22%。
这些研究成果对于实际应用中的锂离子电池具有重要意义。通过更深入地了解离子和共溶剂在电极之间的分布和相互作用，研究人员可以更好地设计和优化电化学能量存储系统。
例如，可以针对快速充电或与锂金属电极兼容等先进应用，设计新型共溶剂混合物。此外，研究发现的共溶剂分离现象，以及其对电池性能的影响，为电池建模和仿真提供了新的思路。
随着电池技术不断向高能量密度、高功率密度、长寿命和安全性等多方面发展，锂离子电池电解质的研究将在实现电池性能突破中发挥关键作用。
在未来的研究中，科学家们可以尝试通过调整电解质组成、溶剂类型和浓度等因素，进一步探索电解质在不同应用场景下的性能优化。电池建模和仿真工具也需要不断完善，以更准确地预测电池在各种操作条件下的性能。
结论：这项研究为理解和优化锂离子电池电解质提供了有价值的见解。通过调整锂盐浓度和溶剂组合，可以实现有利于电化学性能的离子和溶剂分布。研究结果还揭示了电解质组成对电池性能的重要影响。未来，在电池设计和优化方面，考虑溶剂比例的变化将具有重要意义。
随着电动汽车、可穿戴设备、储能设备等对高性能锂离子电池需求的不断增长，这项研究将为实现更高性能、更安全的电池提供重要参考。
在今后的研究工作中，还需要克服更多挑战，例如开发出新型电解质材料，提高电池的充电速度和循环寿命等。人们有望在不久的将来实现更加先进和可靠的电化学能量存储系统。
