如何提高电解液的电导率
面我们说到选择LiPF6作为锂盐，是因为LiPF6具有较高的电导率。另外，选择碳酸酯类作为溶剂同样是考虑到电解液的介电常数和电导率。
电解液选择LiPF6作为锂盐的理由
电解液为什么选择碳酸酯类作为溶剂？
提高电解液的电导率能加快Li离子的传输，提高电池的倍率性能，降低内阻等好处。
电解液的电导率（σ）主要取决于两个因素
a. 离子浓度（n）：单位体积内携带电荷的离子数量。
b. 离子迁移率（μ）：离子在电场作用下移动的难易程度，受溶剂化、粘度、离子间相互作用等因素影响。
提高电解液电导率的策略主要围绕增加离子浓度和/或提高离子迁移率展开：
一、 优化溶剂体系
选择高介电常数（ε）溶剂：
高介电常数溶剂能更有效地屏蔽阴阳离子之间的静电吸引力，促进盐的解离，从而增加自由离子的浓度（n）。
常见高介电常数溶剂：水（ε≈78）、乙腈（ε≈37）、碳酸丙烯酯（ε≈65）、γ-丁内酯（ε≈42）、环丁砜（ε≈44）。
权衡： 高介电常数溶剂有时粘度也较高（见下一点）。
选择低粘度（η）溶剂：
粘度直接影响离子迁移率（μ）。斯托克斯-爱因斯坦关系表明，迁移率与粘度成反比（μ ∝ 1/η）。低粘度溶剂允许离子更自由地移动。
常见低粘度溶剂：碳酸二甲酯（DMC, η≈0.59 cP）、碳酸甲乙酯（EMC, η≈0.65 cP）、乙腈（η≈0.34 cP）、1,2-二甲氧基乙烷（DME, η≈0.46 cP）。
权衡： 低粘度溶剂通常介电常数也较低，可能不利于盐的解离。
使用混合溶剂
这是最常用且有效的策略，旨在结合高介电常数溶剂（促进解离）和低粘度溶剂（促进迁移）的优点。例如：
- 锂离子电池：EC (高ε) + DMC/EMC/DEC (低η)
- 超级电容器：PC (高ε) + ACN (低η)
- 水溶液体系：可添加低粘度有机溶剂（如乙醇、乙腈）降低水的粘度（尤其在低温下）。
下图是一些碳酸酯类溶剂对应的离子电导率：
开发新型溶剂
研究具有高介电常数和低粘度的新型溶剂（如氟代溶剂、不对称结构溶剂、离子液体溶剂化结构等）。
设计“弱溶剂化”或“低配位”溶剂，减少离子溶剂化壳层的尺寸和强度，降低离子运动的阻力。
二、 优化溶质（盐）
选择高解离度盐
使用晶格能较低（阴阳离子间吸引力较弱）或离子半径较大的盐，它们在溶剂中更容易解离成自由离子。
常见易解离盐：LiClO₄, LiBF₄, LiTFSI, LiFSI, EMI-TFSI (离子液体) 等。
避免使用易形成离子对的盐。
选择大阴离子/低电荷密度离子盐
较低的晶格能： 更容易解离。
较低的电荷密度： 溶剂化作用较弱，溶剂化壳层较小，迁移率（μ）较高。
较高的构象柔性： 可能有助于降低粘度。大体积、电荷分散的离子（如TFSI⁻, FSI⁻, BETI⁻, PF₆⁻, BF₄⁻）
优化盐的浓度
增加盐浓度通常会增加离子浓度（n），从而提高电导率，但存在一个最佳浓度。浓度过高的弊端：
- 粘度急剧增加（η↑）： 离子和溶剂分子间的相互作用增强，显著降低迁移率（μ↓）。
- 离子缔合增强： 形成离子对、三离子体甚至更大的聚集体，减少有效自由离子数量（n↓）。
- 可能析出结晶。
电导率随浓度变化通常呈现一个峰值，需要针对具体的溶剂/盐体系进行测量。不过电解液的测试还是easy的，我们只需要在同一批电池中加入不同锂盐浓度的电解液进行验证。
三、 添加剂手段
使用添加剂
- 解离增强剂： 某些添加剂（如冠醚、穴醚、特定离子液体）可以优先配位特定离子（如Li⁺），削弱其与对应阴离子的吸引力，促进解离（n↑）。
- 粘度降低剂： 少量添加低粘度、兼容性好的化合物。
注意： 添加剂必须对体系的化学/电化学稳定性无害。