综述：水系可充电锂离子电池的过去、现在与未来

这篇综述系统探讨了水系锂离子电池（ARLIBs）的发展历程与前景，指出其通过水性电解质解决了传统锂电（LIBs）易燃易爆的安全隐患，同时兼具高离子电导率、低成本及环保优势，但受限于水的窄电化学稳定窗口（1.23 V），需通过"盐包水"电解质、电极涂层等创新策略突破能量密度瓶颈。

　　

引言

锂离子电池（LIBs）凭借高能量密度和长循环寿命统治了储能领域，但其有机电解质的易燃性导致频发的火灾事故。当温度超过69°C时，SEI膜分解、电解质氧化等连锁放热反应会引发热失控，而水性电解质因不可燃、高热容量的特性成为理想替代方案。ARLIBs不仅安全性卓越，离子电导率更是有机体系的100倍，且无需严苛的湿度控制生产环境。

挑战与机遇

水的理论分解电压仅1.23 V，超出此范围即发生析氢（HER，4.02 eV）和析氧（OER，5.25 eV）反应，迫使电极材料工作电位被压缩在两者之间。这导致高电压LiMn₂O₄（4.1 V vs Li⁺/Li）等正极材料无法充分发挥性能。通过"盐包水"电解质（如21 m LiTFSI溶液）可将窗口拓宽至3.0 V，而聚吡咯涂层能抑制Mn²⁺溶解，使循环寿命提升200%。

理论指导实践

密度泛函理论（DFT）模拟揭示了Li⁺在尖晶石结构中的扩散能垒，分子动力学（MD）则证明高浓度电解质中水分子的活性抑制机制。实验证实，5 M LiNO₃电解液可使LiTi₂(PO₄)₃负极的析氢过电位提高0.8 V。

未来展望

开发宽电位窗的复合电解质（如添加Na₂SO₄共溶剂）、设计疏水电极界面层、探索新型固态水系电解质是突破50 Wh/kg能量密度的关键。尽管ARLIBs目前循环次数仅500次左右，但其在医疗植入设备等安全敏感领域的应用前景已崭露头角。