在具有高鎳正極的高能量密度電池的實際應用中，電解質需要能夠防止枝晶生長、實現高倍率性能。然而，傳統電解質很難滿足這些要求，并且缺乏通用的電解質設計規則。

在此，北京大學周恒輝、北京化工大學劉文以及清華大學周明月等人引入了基于拉曼位移和溶劑介電常數的混合強弱溶劑化溶劑（HSWSS）規則，以合理設計具有寬電化學窗口（> 4.45 V）、良好的離子電導率（4.28 mS cm^?1）以及枝晶抑制能力的多組分分層溶劑化電解質（HSE）。

通過將強溶劑化共溶劑和適當的鋰鹽引入弱溶劑化溶劑中，HSE 使 Li||LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ 電池（1.8 mAh cm^?2，超薄鋰金屬過量 3 倍）1C倍率下表現出高容量且150 個循環后容量保持率為 74.3%，庫侖效率高達 99.60%。HSE 還可以使用市售溶劑和鹽簡單制備，使其對于大規模鋰金屬電池制造來說實用且具有成本效益。

圖1. 對電池性能

總之，該工作提出了一種基于相對拉曼位移和溶劑介電常數的混合強弱溶劑化溶劑（HSWSS）設計規則，以解決弱溶劑化溶劑的固有缺陷。通過引入適量的高單性氟代碳酸乙烯酯（FEC），以及二甲氧基二甲基硅烷（DMSi）等弱溶劑化溶劑和其他功能組分的合理組合，設計的分層溶劑化SiFT電解質表現出超過之前報道的弱溶劑化電解質（WSE）的性能，電壓為 4.45 V，離子電導率增強（4.28 mS cm^?1）。這些優點使 SiFT 電解質能夠支持具有高鎳層狀氧化物正極的鋰金屬電池 (LMB)。

此外，拉曼光譜、NMR 和 MD 模擬揭示了 SiFT 獨特的分級溶劑化結構，其中陰離子和 FEC 分子都參與了 Li 離子的溶劑化結構。溶劑化結構中的FEC允許鋰離子傳輸，確保高離子電導率。因此，考慮到 HSWSS 設計規則對其他弱溶劑化溶劑的適用性，該工作建立的原理可以作為開發用于高能量密度 LMB 的先進電解質的指南。

圖2. 全電池性能

Rational Design of Hierarchically-Solvating Electrolytes Enabling Highly Stable Lithium Metal Batteries with High-Nickel Cathodes, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103043