大家好！在这个科技飞速发展的时代，锂电池可以说是无处不在，手机、电脑、电动汽车都离不开它。可您知道吗？锂电池正极的制造过程，正在面临一个大难题。传统制造中用的市售 N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶剂，又有毒又致畸，被列为高度关注物质。现在环保要求越来越严，咱们得找个更好的办法来制造锂电池正极。
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一、锂电池正极制造的困境与挑战
锂电池正极材料常用的是过渡金属氧化物，能让电池有高容量和高电压。但现在制造这些高能量密度的电池正极，都得用NMP溶剂。这NMP虽然在制造过程中挺好用，可它对环境和我们的健康危害很大。欧盟的法规都对它严格限制了，大家想想，这多让人头疼。也有人提出用干涂法，不用溶剂，可它和现有的生产设备不兼容，没办法马上用起来。所以，找到一种对环境友好，还能和现有生产流程匹配的溶剂，就成了锂电池正极制造的当务之急。
二、神奇的亲液性水溶液解决方案
科学家们想到了一个好办法，就是基于亲液效应做出一种水性加工溶液。这亲液效应在生物化学里常见，但用到电池上还是头一遭。这里面的关键就是亲液性阴离子，它能让离子水合壳重新排列，变成有序的阴离子-水簇，还能调整正极材料旁边的局部水合结构。
三、亲液性水溶液的原理大揭秘
咱们来仔细瞧瞧这个亲液性水溶液是怎么起作用的。不同的离子对水的结构影响不一样，亲液性离子能让水的氢键网络更强。科学家研究了四种锂盐，发现亲液性越强的阴离子，和水分子形成的氢键就越多，相互作用的能量也越大。通过各种测试，像DFT计算、MD模拟、FT-IR光谱分析，都证明了亲液性阴离子能把离子水合壳变成有序的状态。
四、亲液性水溶液的优势尽显
用亲液性水溶液来制造电池正极，好处可太多了！它能减少正极材料和水之间那些不好的反应，像Li⁺浸出、Li⁺/H⁺交换这些问题都能缓解，这样就能保护正极材料的结构，让它更稳定。用亲液性溶液处理过的正极材料，Li⁺浸出少，pH变化小，结构也没怎么被破坏。
用这种溶液做出来的正极，电化学性能也特别棒。能达到很高的比容量和面积容量，循环稳定性和用NMP做出来的正极差不多。而且啊，亲液性溶液的材料成本比NMP低太多了，才是NMP的4%。从经济和环境角度看，它制造过程能耗降低46%，二氧化碳排放大幅减少，初期投资成本降低95%，运营成本也能减少23%，简直是又省钱又环保。
五、总结
该亲液性水性加工溶液可有效缓解水与正极材料间的界面化学反应，制备的正极性能与 NMP 处理的相当。技术经济分析表明其在电极制造方面优势明显，为绿色和碳中和电池制造提供了新途径。
六、一起来做做题吧
1、在锂电池正极制造中，为什么要寻找 N - 甲基 - 2 - 吡咯烷酮（NMP）的替代溶剂？（ ）
A. NMP 价格昂贵
B. NMP 易燃易爆
C. NMP 具有致畸性和毒性，被列为高度关注物质
D. NMP 不易获取
2、基于亲液效应的水性加工溶液能缓解界面副反应的关键原因是？（ ）
A. 溶液中含有特殊的阳离子
B. 亲液性阴离子重组离子水合壳，形成有序的阴离子 - 水簇并调节局部水合结构
C. 溶液的浓度适中
D. 溶液的温度控制得当
3、在研究不同锂盐对水结构的影响实验中，通过哪种计算方法来研究阴离子的水化状态？（ ）
A. 分子动力学模拟
B. 密度泛函理论（DFT）计算
C. 傅里叶变换红外（FT - IR）光谱分析
D. 核磁共振（NMR）分析
4、从经济和环境角度分析，使用亲液性水溶液制造锂电池正极的优势不包括以下哪一项？（ ）
A. 材料成本比 NMP 低 96%
B. 能减少 46% 的能量消耗
C. 可降低 95% 的二氧化碳排放
D. 初期投资成本降低 95%
5、亲液性溶液处理的阴极在电化学性能方面，与 NMP 处理的阴极相比有什么特点？（ ）
A. 比容量和面积容量更低
B. 循环稳定性差很多
C. 具有相当的循环稳定性，且能达到较高的比容量和面积容量
D. 首次充电容量更高
参考文献：
Kim, JH., et al. Kosmotropic aqueous processing solution for green lithium battery cathode manufacturing. Nat Commun 16, 1686 (2025).