北京
在“雙碳”戰略的驅動下，清潔能源技術正加速迭代。鋰離子電池作為電動汽車與電網儲能的核心載體，其能量密度與安全性已成為制約產業發展的關鍵瓶頸。
近年來，隨著分子動力學模擬、機器學習及原位光譜技術的突破，研究者逐漸揭示了高濃度電解液的微觀作用機制，并提出“液態馬德隆勢（Liquid Madelung potential, ELM）”等新理論框架，為高比能電池的理性設計開辟了新路徑。該模型借鑒固體物理中的Madelung能計算思想，通過量化Li+周圍所有原子（溶劑、陰離子及其他Li+）的靜電勢貢獻，成功預測了高濃度體系中的電勢偏移（誤差<5%），為統一描述低濃度與高濃度電解液的熱力學行為提供了新范式.
香港城市大學徐吉健教授團隊撰寫評述文章，從傳統Debye-Hückel理論的失效機理出發，系統綜述高濃度電解液在溶劑化結構調控、離子對網絡構建及新型鋰鹽分子工程中的創新策略，并探討實驗表征與多尺度計算的協同發展方向，旨在為下一代高能量密度、高安全性電池的電解液設計提供理論支撐與技術路線.
圖文導讀
圖1高濃度電解液的電極電位異常機制. (a) Debye-Hückel理論預測與實驗值的偏差; (b) 高濃度電解液比低濃度電解液更容易形成離子對，從而導致電極電位升高
圖2溶劑調控機制. (a) 強溶劑、軟溶劑和弱溶劑的比較示意圖；(b) 各種溶劑的 DN 與介電常數的關系圖; (c) Li+溶劑的結合能與介電常數的關系圖
圖3陰離子調控機制. (a) PF6、（氟磺酰）（三氟甲烷磺酰）亞胺（FTFSI）和氰基（三氟甲烷磺酰）亞胺（CTFSI）陰離子的化學結構；(b) 1,1,1-三氟-N-[2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙基]甲磺酰胺鋰（LiFEA）具有類冠醚狀折疊結構；(c)亞磺酰亞胺鋰鹽（LiSTFSI）的化學結構
圖4液態馬德隆勢解析高濃電解液電極電位偏移的微觀機制. (a) 液體馬德龍電位的計算框架，其中ELM代表周圍離子和/或溶劑與中心 Li+之間的靜電相互作用的總和；(b) 電位升高機制局部主導配位結構從電子局域化的溶劑分子轉變為電子離域的FSI?陰離子，由此引發的庫侖能損失
圖5數據驅動的電解液設計與原位分析技術相結合
文章信息
李清源, 張昊, 徐吉健. 電解液設計: 超越Debye-Hückel理論的新進展. 科學通報, 2026, 71(10): 2104–2112
Li Q, Zhang H, Xu J. Electrolyte design: new advances beyond the Debye-Hückel theory (in Chinese). Chin Sci Bull, 2026, 71(10): 2104–2112, doi: 10.1360/CSB-2025-0404
https://doi.org/10.1360/CSB-2025-0404
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