鋰離子電池正極通常是由過渡金屬的含鋰氧化物構(gòu)成，在充電的過程中的Li+從正極脫出，經(jīng)過電解液擴散到負極表面，最后嵌入到負極材料之中，放電過程恰好相反。理論上鋰離子電池能夠無限次的進行充放電，但是實際上由于界面副反應的存在導致鋰離子電池在循環(huán)的過程活性Li不斷損耗和內(nèi)阻的持續(xù)新增，引起鋰離子電池的性能不斷劣化，最終導致壽命中止。

其中正極材料中的過渡金屬溶解，特別是Mn元素的溶解是導致鋰離子電池循環(huán)過程中壽命不斷衰降的重要原因，一般來說我們認為Mn元素從正極溶解后，會經(jīng)電解液擴散到負極表面然后發(fā)生還原反應，生成金屬態(tài)Mn或化合物Mn，破壞負極SEI膜導致負極SEI膜持續(xù)生長，導致活性Li損失和電池阻抗的新增。但是，近日華南師范大學的CunWang（第一作者）和LidanXing（通訊作者）等人研究表明，二價Mn元素溶解在電解液中時，由于其獨特的溶劑化結(jié)構(gòu)會對碳酸酯溶劑和六氟磷酸根造成嚴重的破壞，從而造成鋰離子電池性能的持續(xù)衰降。

我們知道離子在溶液中并非單獨存在，而是和溶液中的溶劑分子結(jié)合成為溶劑化外殼結(jié)構(gòu)，作者在這里采用密度函數(shù)理論計算了Mn2+在電解液中的溶劑化反應能量，并與Li+與溶劑分子結(jié)合的能量做了比較，從下圖中能夠看到Mn2+與EC、DMC、EMC和DEC、PF6-、TFSI-的反應能量分別為？51.11,？41.49,？43.17,？43.97,？45.39和？72.37，這要比Li+的溶劑化反應釋放的能量更多，這表明與Li+相比，溶劑分子和陰離子更傾向于與Mn2+反應生成溶劑化結(jié)構(gòu)，同時我們比較這幾種溶劑的反應能也能夠發(fā)現(xiàn)，Mn2+更傾向于與EC和TFSI-結(jié)合。

分子動力學的計算則進一步表明Mn2+溶劑化的內(nèi)層結(jié)構(gòu)重要是由EC和TFSI-中的O占據(jù)，少量的被PF6-中的F和DMC中的O占據(jù)，由于Mn2+的電荷密度比Li+更大，而兩者的直徑由比較接近，因此Mn2+的第一層溶劑化結(jié)構(gòu)要比Li+更大。同時分子動力學計算還表明當PF6-與Mn2+形成溶劑化結(jié)構(gòu)后P-F鍵的鍵長會比PF6-與Li+形成溶劑化結(jié)構(gòu)時更長（1.77A與1.68A），這表明當PF6-與Mn2+形成溶劑化結(jié)構(gòu)后其反應活性會更強、更加容易分解，而分解生成PF5會促使碳酸酯類溶劑進一步分解，從而加劇鋰離子電池性能的劣化。

為了驗證上述理論計算的結(jié)果，作者配制下表所示的6種配方的電解液，然后在55℃下存儲8天，加速其可能存在的副反應。從下圖我們能夠看到不含LiPF6的電解液（1、3和4號樣品）在經(jīng)過8天的高溫存儲后電解液顏色沒有發(fā)生改變，而含有LiPF6的2和5號樣品顏色發(fā)生了輕微的變化，表明LiPF6是電解液副反應的重要來源之一。假如電解液中同時含有LiPF6和Mn2+（6號樣品），則我們能夠發(fā)現(xiàn)電解液發(fā)生了顯著的變色，這與前面分子動力學計算結(jié)構(gòu)相一致。

Mn2+的存在不僅僅會造成電解液的分解，作者通過DSC分析發(fā)現(xiàn)同時含有LiPF6和Mn2+的6號電解液在64℃就開始出現(xiàn)一個放熱反應，這要比其他不含Mn2+的電解液低42℃（如下圖g所示），這表明由于Mn2+的存在導致了電解液的熱穩(wěn)定性出現(xiàn)了顯著的降低。

從下圖h關(guān)于電解液6的電性能測試能夠發(fā)現(xiàn)，在6號電解液進行高溫存儲前（h圖上）石墨負極能夠正常的進行充放電，而6號電解液進行高溫存儲后（h圖下）由于Mn2+的存在使得電解液發(fā)生了嚴重的分解，導致石墨負極的容量顯著降低，經(jīng)過幾次循環(huán)后就無法完成放電。

前面的計算已經(jīng)顯示Mn2+比Li+更容易與溶劑分子發(fā)生溶劑化反應，因此當電解液中的Mn2+擴散到負極表面時也會對Li+的溶劑化結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，例如Mn2+將部分PF6-“拐走”，計算顯示Mn2+的溶劑化結(jié)構(gòu)比Li+的溶劑化結(jié)構(gòu)更加容易得到電子，而得到的電子并未進入到Mn的3d軌道，假如此時Mn2+的溶劑化結(jié)構(gòu)中不含PF6-，則該電子會給到EC分子，引起EC的分解，假如此時Mn2+的溶劑化結(jié)構(gòu)中含PF6-，則該電子會給到PF6-，引起鋰鹽的分解產(chǎn)生PF5，從而進一步加劇碳酸酯類溶劑分子的分解。這表明正極溶解的Mn元素在負極表面并不會被直接還原為金屬，反而是在負極表面不斷的催化與其溶劑化的碳酸酯類溶劑分子和陰離子分解，只有在負極表面電場強度比較大，Mn發(fā)生去溶劑化后，才有可能被還原為金屬態(tài)。

通常我們認為正極溶解的Mn元素會擴散到負極的表面，在負極表面發(fā)生還原沉積生成金屬態(tài)的Mn，然后持續(xù)破壞負極表面的SEI膜，引起電池性能衰降，CunWang等人的研究表明陰離子和溶劑分子與Mn2+溶劑化后會更加容易發(fā)生分解，特別是在負極表面的溶劑化Mn2+更傾向于將得到的電子轉(zhuǎn)移到與其溶劑化的EC分子和PF6-陰離子，從而不斷的催化電解液中的溶劑分子和鋰鹽的分解，進而導致鋰離子電池的性能急劇衰降。