石墨/金属锂混合负极在循环稳定性和能量密度方面具有很大潜力，但同时面临着石墨和金属锂负极存在的科学难题，如溶剂共嵌入、石墨结构降解、锂枝晶生长和界面化学易失效等。常规弱溶剂化电解液（如氟化电解液）具有弱的离子-偶极相互作用，显著促进Li+界面快速去溶剂化，并诱导阴离子衍生SEI，但体相离子传输动力学缓慢，表现出低的离子电导率，从而导致浓差极化和过电位增加，并诱导锂枝晶的生成。这些难题严重限制了石墨/金属锂混合负极在储锂化学系统中的应用。
针对此，《国家科学评论》（National Science Review, NSR）近期发表的一项研究采用丙酸甲酯（MP）作为竞争型共溶剂，减少EC配位数，通过EC-阴离子偶极力，削弱Li+-阴离子相互作用而增强Li+-EC相互作用，形成松散弱配位结构，从而构建快速Li+传输路径，显著抑制了石墨/金属锂混合负极快速充电面临的浓差极化和界面化学失稳，提高了混合负极与弱溶剂化电解液的兼容性，实现了4C倍率下均匀锂沉积。
中国科学院化学研究所郭玉国研究员，及哈尔滨工业大学杨春晖教授、梁家岩教授、东立伟副教授为该论文共同通讯作者，哈尔滨工业大学牛敏博士为该论文第一作者。
研究团队首先通过FTIR技术和NMR测试证明了MP共溶剂显著削弱强极性EC溶剂的配位能力，导致Li+初级溶剂化壳层（PSS）中EC/DEC数量减少，而PF6-数量增加；随着MP共溶剂含量的增加，1H、7Li及19F均表现出相似的去屏蔽效应和下场位移，综合表明了PF6--EC相互作用诱导PSS中存在增强的Li+-EC相互作用和削弱的Li+-PF6-相互作用，导致松散Li+弱配位结构，利于阴离子衍生型SEI构筑和快速界面去溶剂化，抑制溶剂共嵌入。
MD模拟和DOSY测试进一步解释了PF6-和EC的竞争配位诱导的松散Li+弱配位结构对于提高体相Li+传输动力学的积极作用，PF6-与EC间的竞争配位存在极限状态，此时PF6-对Li+扩散约束最小，而PF6-过度参与配位会对Li+传输产生拖拽效应，即MP共溶剂诱导的竞争配位通过解离阴离子实现Li+的快速体相传输，进而MP30电解液表现出高离子电导率和Li+转移数，实现了石墨/金属锂混合负极4C下稳定循环1500圈。
表观扩散系数（Dap）：（a）EC，（b）Li+，（c）PF6-；绝对扩散系数（Dab）：（d）Li+和PF6-；径向分布概率（RDP）和静电势分布（ESP）：（e）空白电解液，（f）MP30电解液；PSS相互作用及Li+传输：（g）空白电解液，（h）MP30电解液
光学和SEM图像显示了在空白电解液中循环后的松散枝晶覆盖层和石墨结构降解等问题，而MP30电解液实现均匀镀锂致密地覆盖于石墨颗粒表面，无枝晶生长。XPS测试证实了MP30电解液循环后的负极表面具有富含LiF的无机型SEI，进一步增强了界面稳定性。DSC测试表明了MP30电解液可以显著提高石墨/金属锂混合负极的热稳定性。
循环后负极的光学照片和SEM图像：（a）和（b）空白电解液，（c）和（d）MP30电解液；DSC测试：（e）空白电解液，（f）MP30电解液