Water in salt锂离子电解液研究进展（附述评）.docx

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1、摘要：与传统的商用有机锂离子电池相比，水系锂离子电池具有高安全性、成本低、环境友好等优点，但由于水的热力学窗口较窄(1.23V),从而大大限制了其输出电压和能量密度。Water-in-salt电解液的提出将水溶液的电化学窗口拓宽到3.0V以上，为实现新型高电压水系锂离子电池提供了有利前提保证。本综述意在介绍Water-HSalt电解液及其相关衍生体系以及其在锂离子电池、锂硫电池以及混合离子电池中的相关应用拓展。与此同时，对该新体系中所引出的新的基础科学问题，包括水系固态电解质界面(SEI)膜的生长机理及锂离子的传输机制做了简单归纳和总结。关键词：Water-in-salt；水系锂离子电池;S日

2、膜;锂离子传输锂离子电池为现在移动和智能的时代提供了巨大的便利,但是随着应用场景的不断扩大和应用需求的不断苛刻使得锂离子电池安全性方面的问题不断暴露且日益突出，近些年来锂离子电池的安全问题频发，如图1所示。图1（八）为2006年，戴尔笔记本电脑在日本某次会议上起火爆炸；图1(b)为2013年特斯拉汽车在发生碰撞后起火燃烧；图I(C)为波音787的蓄电池发生燃烧；图1(d)为三星Note7手机起火燃烧事件。2018年7月，在韩国连接灵岩风力发电厂的EES设备发生火灾，该储能设备为12MW-h的锂离子电池，其储能变流器为4MW,其发生爆炸时威力迅猛，烧毁了模块和所有的装置。在有段时间内火灾火焰高达

3、几十米，烧毁708m2规模的临时建筑和3500多个电池，经济损失达到46亿韩元，投入了20多辆消防车和100多名消防人员，经历3个多小时才成功扑灭。由此可见，若使用锂离子电池的储能量达到兆瓦单位，其发生火灾爆炸的杀伤力及带来的损失无法估量。图1（八）戴尔电脑爆炸；(b)特斯拉汽车爆炸；(C)波音787蓄电池起火爆炸；(d)三星Note7手机起火爆炸造成以上事故的原因之一是目前商用的锂离子电池所使用的有机电解液为易燃物质，使得锂离子电池在出现事故导致的热失控时极易发生起火甚至爆炸。为了防止安全事故发生通常锂离子电池系统需要预留足够的散热空间，并采取必要的散热和安全控制模块以提高锂离子电池的安全性

4、能,与此同时现有的锂离子电池电解液对水分十分敏感，从而使得生产锂离子电池的过程需要在水分含量极低的干燥车间装备生产，这些无疑带来了制造工艺的复杂化和成本的提高。为了解决上述问题，相关研究者开始尝试水基锂离子电池。1994年，加拿大达尔豪斯大学的DAHN教授等首次展示了一类水系二次锂离子电池。该电池使用1.iMn2O4作为正极，以5mol1.1.iNO3和O.OOlmol/1.1.iOH作为电解液，以VO2作为负极装配全电池。通过1.ioH调节其电解液的PH值为11,使其析氢的电位降低，电池能够正常的工作。其全电池的输出电压为1.5V,能量密度能够达到75Whkg,高于铅酸电池的能量密度(30W

5、hkg),接近于银铭电池的能量密度(50Whkg),图2为溶液的PH值与析氢析氧电位的关系示意图及全电池的循环情况。由于水溶液的电化学窗口不够宽，仅有1.8V,故充放电的过程中有产氢的现象发生，导致电极材料会在水中溶解及其结构会发生变化,循环性能很差。近些年来在国内外学者的努力下水系锂离子电池性能有了大幅改善,各种水系二次锂离子电池体系及性能总结如表1所示。但是由于受到水系电解液电化学窗口的限制，水系锂离子电池输出电压普遍偏低，且小倍率工作下析氧现象明显，从而导致电池循环寿命较差，因此大大制约了水系锂离子电池的发展。1宽电位Water-in-salt(WIS)电解液及其拓展体系锂盐的种类非常多

6、，但考虑到溶解度和稳定性等具体要求能应用于锂离子电池的锂盐种类比较有限，常见的应用于锂离子电池的锂盐种类如表2所示。双三氟甲基磺酰亚胺锂(1.iTFSI)具有较高的溶解度和高的化学稳定性，同时，具有高的离子电导率和宽的电化学窗口。在20世纪90年代，3M公司率先将此盐实现了商业化，作为动力电池电解液的功能添加剂使用，具有改善正负极S日膜，稳定正负极界面，抑制气体的产生，改善高温性能和循环性等多种功能。在WIS体系中将1.iTFSI作为主体锂盐是因为：其在水溶液中有较高的溶解度(20molkg,25)和其在水溶液中不水解具有高的化学稳定性。表1各种水系锂离子电池总结正t负Ifi电川液ft*tWh

7、kg*出电伍/V今专文献1.MnX)1.1IInOlZ1.1.iSO4500.9(131.iMnX)MoOl0.5mol1.USO44$1.2(Ml表2锂盐在水溶液中的化学稳定性和溶解度锂盐的种类化学稳定性水溶解度硫酸锂(1.izSOJ稳定34.7g/100g水(20。C)硝酸锂(1.iNO3)不稳定70.1g/1OOg水(20。C)六纵磷酸锂(1.iPF6)不稳定会与水发生反应高氯酸锂(1.ieIO口稳定37.48g/100g水六氟碎酸锂(1.iASF6)稳定微溶四氟硼酸锂(1.iBFj稳定微溶双草酸硼酸锂(1.iBOB)稳定遇水后会产生不溶物三氟:甲磺酸锂(1.ioTF)稳定156g/10

8、0g水双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(1.iTFSI)稳定173g100gzK2015年，索鎏敏、许康和王春生等在SCienCe报道了Waterin-salt电解液，该电解液为21m(m为molkg)的1.iTFSl(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)水溶液,在该体系下溶质1.iTFSI和溶剂H2O无论是质量比或是体积比都远远大于1，因此可以认为是溶剂和溶质实现了反转从而得名Water-in-salto通常在一般浓度条件下，电解液中1.i与H20的质量比往往远远大于1：4,因此认为水除了参与溶剂化的部分外依然存在大量自由的水分子，而在Water-in-salt中1.i与H2O的质量比只有1:2.6,此时的水无法

9、实现溶剂化电荷屏蔽效应，阴阳离子发生强烈相互作用，进而导致形成了具有复杂结构的聚合离子对如1.i2TFSI,如图3（八）3(c)所示。K)HI=IM2H,O4H+4e+O.2H,O+2cH,+2OH图2（八）不同PH值下析氢析氧电位以及材料嵌入锂离子时的电位；(b)电池电压随着.il,Mn,O.1.i1VO2(B)1.00.54OH-2HjO+O2+4c102030405060708090ltime/h时间变化的曲线EMaoamdaltv4noHf,-OM1.0132.02.SJO334.04，5.0notmBKvA.u1.ryV图3（八）1.iTFSI与H20的质量比与体积比；(b)1.i+

10、在低浓度稀溶液中及Water-in-salt中溶剂化离子结构示意图；(C)TFS1.离子结构示意图及在Water-in-salt中聚合离子对1.i2TFSI结构示意图；(d)(f)Water-in-salt电化学窗口循环伏安结果将Water-insalt电解液用不锈钢电极进行CV测试以探寻其电化学窗口。由图3(d)可知在负极一侧由于TFSl的还原导致了一种钝化作用，该钝化作用随着盐浓度的增加而增加，使得平台电流密度由Im时的2.47mAcm2减少为21m时的0.18mAcm2,将析氢电位由2.63V降低至了1.90V由图3(e)可知在正极一侧并没有发现明显的钝化作用，但由于1.i+的溶剂化作用

11、导致水分子的活性降低，同时TFSI离子的作用导致其内部Helmholtz层的集聚，使其析氧电位由3.86V提高至4.90VcrtmAlrg(C)所氢电位19V80604020A一*VUVe-OIHhrO706050如3020100zvuvw:WdCr图4（八）全电池(1.iMn2O4Mo6S8)示意图；(b)正负极各自典型的充放电曲线；(C)全电池充放电曲线及能量密度的计算；(d)0.15C倍率下的循环性能及库仑效率；(e)4.5C倍率下的循环性能及库仑效率2.21.iMn2O4WIBSC-TiO2将WIS单盐体系拓展到WlBS双盐体系的过程中，以1.iMn204为正极，WlBS为电解液,碳包

12、覆锐钛矿相Ti02为负极组装的2.5V全电池同时被报道。图5（八）为该体系下全电池示意图；该电池平均放电输出电压为2.1V,首次放电比容量为48mAh/g(以正负极总重量计算)，能量密度能达到100W-h/kg以上，如图5(b)所示；其充放电曲线如图5(c)所示。一方面考虑到Ti02本身，尤其是在纳米尺度下可能对水有表面催化作用，若用TiO2作为水系锂离子电池的负极材料,在锂离子嵌入和脱出的过程中可能会加速水的分解从而导致更加严重的析氢现象，从而进一步使水系电池循环寿命恶化；另一方面，Ti02还存在着电子电导率低的问题。为了解决这一问题，文章中采用了热碳还原技术在纳米尺度的Tio2表面包覆上了

13、一层薄层碳，从而不但有效改善了材料的电子电导率，而且降低了电化学的催化作用，未包覆C的Ti02在WIS以及包覆C的Ti02在WIS以及WlBS中的性能如图5(d)所示，后者在两种电解液中的库仑效率之比如图5(e)所示。折算电位4.9Vol二己2wzod负极析发电位183V1.M11X)4148mAhg167mhg,C-TiCKIO203040506()708090100cvclcnumbcr/NO599(835776855三三W/=90就加WMMM2OMOsfmu;on8u一mo-Co另ESs2CuII()(I9OI8OI7OI6.M:MXhnCydlnKnumbcr/NIcsitimcm?2

14、004y硒壁(yo卒coulovnbcctlkcncv99%0l230045006007891000C)CImenumber/NIO2030405060cclinsnumber/N图6（八）全电池(1.iFeP04/Mo6S8)示意图；(b)0.2C倍率下的循环性能、库仑效率及能量效率;(C)IC倍率下的循环性能、库仑效率及能量效率;(d)在55时1.iFeP04和1.iMn2O4循环性能的对比；(e)在2025下循环该全电池的循环性能；2.4 HV-1.iCOo式WIS-0.1%TMSB/Mo6S82016年，王飞、许康和王春生等报道了以1.iCoO2作为正极，含有0.1%质量比的三(三甲基

15、硅烷)硼酸酯(TMSB)作为添加剂的WIS,以Mo6S8作为负极的全电池。橄榄石结构的1.iFeP04有电压、能量密度较低,循环性能较差等缺点，故在此次报道中以1.iCoO2代替1.iFeP04作为正极材料。层状结构的1.iCOO2具有良好的循环性，当其充电至4.2V(vs.U1.i+)时其容量可以达到140mA-h/g,此时对应的分子式为1.i0.5CoO2,相当于0.5个锂离子脱出，也被称为低电压钻酸锂(1.V1.C0),这种低电压的牯酸锂具有极佳的循环性能。目前在非水系电池中曾报道了将1.iCOo2充电到45V(vs.1.i1.i+),其容量可以达到18OmAhg,相当于0.7个锂离子脱

16、出，此时对应的分子式为1.i0.3CoO2,但其循环性能很差，可能是由于Co的溶解以及1.i0.3CoO2与电解质发生副反应。在本次报道中，通过加入TMSB添加剂成功在正极HV1.CO表面形成了一层保护层(CEI),阻止Co的溶解及正极与电解液发生副反应。图7（八）为该体系下全电池的示意图，其电化学性能图如图7(b)7(e)所示。图7(b)为0.5C倍率下的充放电曲线，在首周充电时出现了一个电压平台，但该平台在第二次充电时没有再出现，说明了TMSB的加入并未影响正常的嵌入/脱出锂离子的过程，该平台是由于在HV1.CO正极表面生成C日膜导致的。图7(c)为0.5C倍率下的循环性能及库仑效率示意图

17、，在经过前8周的充放电循环后其库仑效率能够接近100%，循环100周后容量保持率能够达到92%,其能量密度为120Whkg;图7(d)为在2.5C倍率下充放电循环示意图，循环100O周每周的容量衰减率仅为0.013%。图7(e)为是否添加TMSB的HV1.CO性能对比，由此可知TMSB的添加大大改善了高电压钻酸锂的性能。析依电位9V-1stc)dc2ndoclcHVIKOPA=81206o4o2os,204060cyclenumber(c)cvcknumtvr图7（八）全电池(HV1.iCOoNMo6S8)示意图；(b)0.5C倍率下充放电曲线及CV测试图;(c)0.5C倍率下循环性能及库仑效

18、率图；(d)2.5C倍率下循环性能图及库仑效率图；(e)是否添加TMSB高电压钻酸锂的循环性能及库仑效率对比图2.5 柔性电池1.iVPO4FWISGPE1.iVPO4F柔性电池可以根据需要被制成任何形状，在显示器、无线传感器和植入式医疗设备中可被广泛的应用，其因为具有抗压、抗剪切以及抗弯曲的能力从而具有广泛的应用前景。柔性电池必须具备足够的化学安全性，具有稳定的能量密度和功率。而如今商用的锂离子电池大多使用有机溶液，其具备毒性及可燃性，故并不能被称为真正的“柔性”电池。2017,杨重寅、许康和王春生等报道了以1.iVPo4F为正负极，以25m1.iTFSI水溶液(WIS),以及加入10%质量

19、分数的聚乙烯醇(PVA)形成水系凝胶聚合物电解液(WISGPE),图8（八）为该体系下的全电池示意图。该电池在WISGPE及WIS中的电化学性能对比图如图8(b)所示，如图8(c)所示其在20C倍率下充放电循环性能图,在充放电循环4000周后仍能保持84%的容量保持率,平均每周的容量衰减率为0003%,其库仑效率接近100%。其在弯曲及剪切作用下的电化学性能如图8(d)所示，发现其在2C倍率下弯曲90及180并未明显改变其容量及充放电平台。在空气中将电池剪掉一半的电化学性能图如图8(e)所示，剪去一半仅改变了其放电容量,电压平台仍能够很好的保持，证明其材料的稳定性。折吧3Vr正强44V-I15

20、6mAgIiVPO4F负极20V-IS6mAhg,折电位73V1.lVPaF70050403020|0-FVUVgdadS35却252054bIO20003000cyclenumberM)7o6o5o4o3)2oloo-Eulcnxh芝uxnouI00989694929088M8482S05045CyClenumber(b)IO2030405060camcmnhfi,IO2030405060CapftCityZmAeIrg,图8（八）全电池(1.iVPo4F1.iVPO4F)示意图；(b)以WIS和WISGPE做电解液全电池性能对比；(C)在20C倍率下循环稳定性及库仑效率；(d)在2C倍率下

21、折叠不同角度后的充放电曲线；(e)在空气中剪掉一半后的充放电曲线3Water-in-salt体系下的锂硫电池3.11.iM2O4WIBSGPES-KB在传统锂硫电池中单质硫被作为正极材料使用，理论质量比容量可达1675mAh/g,但是该体系通常需要使用金属锂作为负极,使得其存在一系列问题:金属锂表面锂枝晶的生长、酸类电解质中易燃易存在安全隐患以及中间产物高阶长链的多硫化锂在充放电过程中溶解从而导致穿梭效应和较高的自放电率。2017年,杨重寅、许康和王春生等报道了使用1.iMn2O4或HV1.Co作为正极，以WIBSGPE(先配制21m1.iTFSI+7m1.iOTF双盐溶液后再溶10%PVA,

22、质量分数)作为电解质，以S-KB(硫碳复合物)作为负极，其放电比容量可达到1327mA-h/g,在循环100O周后能保持86%的容量保持率，其能量密度能够达到135200W-h/kg。由于在水溶液中具有较好的动力学性能，长链的多硫化锂以极快的速度形成固体多硫化物U2S2以及1.i2S4.,再加之高浓度的WIBSGPE电解液含有极少的自由水，所以U2S2与U2S4难以与之形成固液混合物，这便如图9（八）所示，其相较于有机体系的锂硫电池，在该体系下的锂硫电池仅存在一个还原峰，且如图9(b)所示，其在凝胶聚合物电解质中的循环性能要优于在液体电解质中的循环性能。再加上使用的含锂的正极材料与之搭配，硫电

23、极只作为高容量负极使用使得其有效地避免了在传统的锂硫电池中出现的锂枝晶现象及穿梭效应，在Water-in-salt体系下的水系锂硫电池具有极佳的电化学性能，图9(c)为在不同倍率下的充放电曲线，其在0.2C的放电容量为1327mAhg,其能量密度为135W-hkg图9(d)为其在0.2C倍率下的充放电曲线和IC倍率下的循环性能及库仑效率。2.02.22426283032poemaKvs117IjyV（八）capact)mah*g-II2044)6mAhg(C)020040G6008100OCyetenumber(b)0IO2030405060708090lcyclenumber(d)capoc

24、itymAg2t图9（八）碳硫复合电极在有机电解液体系和水系WlBS体系中的CV曲线；(b)水系锂硫电池在WIBSGPE和液态电解质循环性能对比；(C)在不同倍率下的充放电曲线；(d)在0.2C倍率下长循环循环性能及库仑效率；(e)1.iMn2。S和HV1.Ce)/S示意图；(f)0.2C倍率下充放电曲线及IC倍率下循环性能和库仑效率图3.2HV1.CO/WIBSGPE/S-KB为了进一步提高水系电池的能量密度，在文章中同时引入了高电压钻酸锂(HV1.CO)作为正极材料。其电化学性能示意图如图9所示，如图9(e)所示，高电压钻酸锂的理论放电容量为190mA-h/g,若以硫作为负极其输出电压可达

25、2.4V。其在0.2C倍率下充放电曲线及在IC倍率下的循环性能及库仑效率如图9(e)所示，其放电容量能够达到1400mA-hg,能量密度为195Whkg,通过技术的不断改进，HV1.C0/S水系锂硫电池有望达到267Wh/kg的理论能量密度。4Water-in-salt体系下混合离子电池4.1 1.iMnO.8Fe0.2PO4/WiS-0.5MZnSOqZn2016年，ZHAo和崔光磊等报道了以UMnO.8Fe0.2PO4为正极，以WIS+0.5mol/1.ZnSO4为电解液，以Zn为负极的混合离子电池，其输出电压可达1.8V,能量密度能够达到183Whkg,在0.8C的倍率下循环150周无明

26、显的容量衰退。图10（八）为该体系下全电池示意图，图10(b)为其在0.1C倍率下的充放电曲线及能量密度的计算，图IO(C)为该电池在不同倍率下的充放电曲线，图10(d)为其倍率测试的结果，证明其具有良好的倍率性能，图10(e)为0.3C倍率下的循环性能及库仑效率。，；.170mAh-g负被Zn825mAg,析篁电位-0.7V1.MVPO20406080100120140160CapocityThiAhg1(b)1501209060IO152025CydCnumber20406080100capctmhg,4O3O2O100O300*number120140160图10（八）该体系下全电池(1

27、.iMn0.8Zn0.2POZn)示意图；(b)0.1C倍率下的充放电曲线及能量密度计算；(C)不同倍率下的充放电曲线；(d)倍率性能测试结果；(e)0.3C倍率下循环性能及库仑效率4.2 1.iMn204HCZEZn2018年，王飞、许康和王春生等报道了以1.iMn204为正极，以HCZElmZn(TFSI)2+20m1.iTFSI为电解液，Zn为负极的混合离子电池。该混合离子电池的能量密度能够达到180W-hkg图11（八）为该体系下全电池示意图。图11(b)为其在0.2C倍率下的充放电曲线，其放电容量为66mAh/g,其能量密度为119W-h/kg。图II(C)为其在0.2C倍率下的充放

28、电曲线,在500周的循环后能够保持83.8%的容量保持率以及99%的库仑效率。图11(d)为在4C倍率下的循环性能及库仑效率，其在4000周的循环后仍能保持85%的容量保持率，库仑效率能够达到99.9%o图11(e)为其储存性能，在充满电后静置24h后能达到97.8%的容量保持率，说明其自放电率较低。折一电位I6Vcz上、EsEod-03V-三2uIO203)40506070M)caocbmAhg,12010080604020Fvw2lxdoWvXPO00ZEQ38loll9998979650010001500202500300035004000cyclenumber(b)40302010-M

29、qvuvxd87%xwuuUZEO38l999s972003004Cydenumberc)5IO1520253035time/h图11（八）全电池示意图(1.iMn2O4Zn);(b)0.2C倍率的充放电曲线；(C)0.2C的循环性能及库仑效率；(d)4C倍率下的循环性能及库仑效率；(。储存性能的测试5Waterin-salt体系中的基础科学问题初步探讨5.1 固态电解质界面S日膜形成机理在Water-in-salt概念提出来的同时，以WIS为电解液组装的1.iMn2O4WISMO6S8全电池第一次在水系锂离子负极上发现了S日膜的存在。同时，由图12（八）、12(b)的TEM表征结果，将循环前

30、和循环后的Mo6S8进行对比可以看出在负极一侧观察到明显的SEI膜，其厚度为IO-ISnmo由之前的报道可知，TFSI在电化学的作用下可以被还原为1.iFo由图12(c)的XPS表征也同样证明了该SEI膜的主要成分之一为1.iF,进一步证明了WIS体系中电化学窗口的拓宽是由于WIS电解液热力学作用之外，在负极侧形成SEI动力学保护膜。52545658162165230235685690-CF,salt(688.2eV)bindingenergy/eV图12（八）未进行充放电循环的Mo6S8的TEM表征结果；(b)充放电循环完后的Mo6S8;2.anionTFSIreduction(C)循环后的

31、负极Mo6S8的XPS结果量子化学理论计算结合分子动力学模拟结果表明高浓度的1.iTFSI形成了大量聚合离子对从而使得阴离子的还原电位由1.40V提升到了更高的2.302.90V,使得该阴离子有机会在高于产氢电位的条件下分解还原成1.iF从而覆盖在负极表面，从热力学及动力学两个方面拓宽了水溶液的电化学窗口，抑制了析氢现象的发生。经过进一步的研究，发现SEl的成分除了1.iF之外，还存在着1.i2CO3和1.i20,由于考虑到阴离子还原后无法形成碳酸盐和锂的氧化物，因此推测S日的来源除了是TFSI的还原，还可能来源于电解液中残留的溶解02和C02,其在随后进行的电化学充电过程中在负极被还原所形成

32、，如图13所示。1. dissolvedO2CO2reductionelectrochemicalreductionO2+41.i+4e-21.i2O2CO2+O2+21.i+2e1.i2CO3chemicalreactionC02+1.i2O-1.i2CO3图13SEI在WIS电解质中还原机制示意图5.2 锂离子的传输机制通过对不同浓度的水系和非水系电解液离子电导率的研究发现,WIS电解液(21M1.iTFSI)即使在高黏度的情况下其随温度的变化在较宽范围内依然保持较好的阿伦尼乌斯线性关系，而并非像非水体系高盐浓度Solvent-in-salt或是离子液体电解液出现严重偏离阿伦尼乌斯线性关系

33、，而更加符合VTF方程现象。基于这个现象出发，通过实验和理论计算相结合初步给出解释机理，即由溶剂化的1.i+与H20和TFSI形成了具有纳米结构的锂离子快速传输通道，该通道示意图如图14所示，由两种纳米网络构成：第一种为1.i+和TFSk构成的TSFI富集的纳米网络，该网络的作用在于固定阴离子，降低阴离子的活性，另一种纳米通道为1.i+与H20构成的，其1.i+(H2O)4富集的纳米网络为锂离子的快速移动构建了一个3D通道，使其具有较高的离子传导数。图14水的纳米微区富集产生锂离子快速传输通道示意图6总结与展望水系锂离子电池由于其独特的安全绿色优势,在未来开发环境友好且高安全性能电池体系方面具

34、有重要研究意义。本综述首先详细介绍了宽电位WaterJn-SaIt电解液的提出及其相关衍生体系的发展历程和目前研究现状，对目前己有的WIS体系电解液相关物理化学和电化学性能进行了归纳总结（表3）；随后对以该体系为基础电解液所构成的各种水系二次锂离子电池体系进行总结归纳和逐一介绍，其中包括二次水系锂离子电池、水系锂硫电池及水系混合离子电池，各类电池的电化学性能总结在表4。由此可见，随着在WIS体系下电解液电化学窗口的提高，使得在水系电池中的正负极材料有了更多的选择，随着在WIS体系下各种新体系的出现，不断提高了水系电池的输出电压及电池的能量密度。此外，在最后部分对目前WlS体系中存在的基础科学问

35、题如SEI膜形成机制和锂离子在高盐浓度中离子传输机制做了简单初步探讨。表3WIS体系电解液电M液名称析乳电Wtv析电位/V，考文依整度5cmi电化学由IWWIS36.28.931.90lxU4.90vs.U网WIBS一633.11.UixU4.90lx1.i(2WlSGPE一6J3.211.731.i4.31.i(M)WIBSGPE3214.942.1.i10)W1SH).5moi/1.ZnSO4一3.50-0.7W.Zn2JvsZn61HCZE一一一一图】水令第融物电箫场3.03.S0IlSw-USMvs.1.i表4WIS体系水系电池总结电极电的电解液平台电13能*度whk8播环存金/次，等

36、文献1.iMtQjMo.S.WIS2.0.1.584I000H3C)网1.iMn2OyC-TiO2WIBS2.1100100(0.50RIJ1.iFcPO4ZMotS.WISIJ.0.947100O(IC)网HV1.iCoOMoeSlWISXI.l%TfSB1乐I.S102100O(2.5C)网1.iVPOJ1.VPO4FWISGPE2.41414000(20C)IMl1.tMn2OyS-KBWIBSGPEIJ13$1000(10网HV1.COS-KbWIBSGPE2.4195100(IC)()11.iM.FqjPOZnWISM)5mol1.,ZnSO4IX.1.3183150(0.3C)61

37、1.iMn2OyZnHCZE1.751194000(4C)62目前水系锂离子电池的研究相对传统有机锂离子电池而言，无论是基础研究还是应用技术方面都处于初级探索阶段，尽管Waterinalt电解液体系在很短时间内己经得到了较大拓展，目前己有大量衍生电解液体系和相关新型电池体系被提出，但其巨大潜力仍有待进一步挖掘：Waterinsalt电解液体系在水系钠离子电池、水系钾离子电池、水系镁离子电池和超级电容器等方面仍然有大量探索研究工作有待丰富和完善；基于Waterin-salt电解液体系下的水系电池体系正负极材料仍然有大量筛选优化工作有待完成；未来关于Water-in-salt水系电池在安全系数较高

38、的应用领域如电动汽车、航空蓄电池、兆瓦级的电池储能系统等的开发和利用仍有待基于全体系下的安全和性能综合预测评价。与此同时，随着相关新体系的不断提出伴随着大量未知的溶液物理化学以及电化学现象产生和发现，为我们全面理解该体系提供了丰富的样本，但同时也带来了一系列基础科学和应用技术层面的问题：超高盐浓度下离子输运机制目前仍然未知，受限于现有实验手段和理论研究水平如何给出定量描述仍然存在挑战；水系电解液中电解液-电极界面问题尤其是SEI膜生长形成机制和规律仍然有待揭示和完善；如何开发出低成本的Water-in-salt电解液体系；水系电池的电池装备工艺、电池结构设计和工艺等等仍需要不断摸索。综上所述，

39、Water-in-salt电解液体系为水系锂离子电池以及其它水系电化学储能技术提供了一个全新的研究思路和机会，因此在基础科学研究领域具有十分重要的研究价值，未来在对安全系数要求较高的应用领域具有广泛的应用前景。【评述】Waterinalt锂离子电解液研究进展研究背景与传统的商用有机锂离子电池相比，水系锂离子电池具有高安全性、成本低、环境友好等优点，但由于水的热力学窗口较窄（1.23V）,从而大大限制了其输出电压和能量密度。Water-in-salt电解液的提出将水溶液的电化学窗口拓宽到3.0V以上，为实现新型高电压水系锂离子电池提供了有利前提保证。本综述意在介绍Waterinsalt电解液及其相关衍生体系以及其在锂离子电池、锂硫电池以及混合离子电池中的相关应用拓展。与此同时,对该