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六氟磷酸鋰（LiPF₆）幾十年來一直是鋰離子電池（LIB）電解質中的主要導電鹽；然而，即使在微量水（ppm水平）中，它也極不穩定。有趣的是，在純水中，PF₆^–不會發生水解。

在此，清華大學何向明團隊通過理論和實驗探索，對PF₆^–水解的機理有了新的認識。在水中，PF₆^–被水溶劑化，這種溶劑化大大提高了其水解穩定性；而在電解質中，由于平衡離子的離解，它被迫“漂浮”。

其水解敏感性源于溶劑化誘導的電荷積累不足以及與酸性物質親電反應的高活性。調整溶劑化環境，即使添加更多的水，也可以抑制PF₆^–的水解。因此，PF₆^–陰離子的溶劑化歸因于長期存在的LIB電解質系統。

圖1. 溶劑化結構

總之，該工作通過理論計算和核磁共振測量探究了 LiPF₆ 在鋰電池電解液和純水中水解穩定性差異的原因。研究發現，PF₆^–在鋰離子電池電解液中的水解穩定性低可能是由于PF₆^– 在目前使用的電解液溶劑中的溶解度有限。

此外，阻礙 PF₆^– 在電解液中水解的最有效方法是在電解液中引入大量的水。對于鋰離子電池的實際應用，作者根據這項研究獲得的新見解提出了進一步的預測：提高電解質溶劑的介電常數和氫鍵酸度有望改善 LiPF₆ 鹽的水解穩定性，而這與鋰離子電池的循環性能息息相關。

圖2. 不同體系電解液中LiPF₆的核磁分析

Unraveling the Hydrolysis Mechanism of LiPF6 in Electrolyte of Lithium Ion Batteries, Nano Letters 2023 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01682

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