使用水作为电解质可从根本上解决易燃有机电解液引起的安全问题。早在1994年，加拿大著名锂电池科学家Jeff Dahn就提出了水系锂离子电池的概念。然而，受水电化学分解电位的影响，水系电解液的电化学稳定性窗口非常窄（ESW⩽1.5 V），这就导致水系锂离子电池稳定工作电压难以突破2 V，严重限制了高能量密度电极材料的选择，使得水系锂离子电池的能量密度极为有限(<100 Wh kg^-1)。2015年，王春生教授课题组在Science上首次报道了研发的21m“盐包水”（WiSE）电解液技术¹，通过调控Li⁺溶剂化结构使TFSI-在负极表面分解形成坚固的固体电解质界面膜（SEI），这为开发高能量密度、高安全性的水系锂离子电池提供了可能性，开启了水系高浓盐的新方向。

然而，WiSE电解液在负极侧的电压窗口为1.9 V (vs Li/Li⁺)，仍无法匹配如Li₄Ti₅O₁₂在内的大容量负极。同时，由于较高浓度锂盐的使用，WiSE电解液的成本较高，单位能量密度的成本仍无法和目前商用的有机电解液媲美。因此，王飞博士在王春生教授课题组工作期间，进一步探索了降低盐浓度并提高电解液电化学稳定窗口的办法。2018年，王飞博士、王春生教授首次提出基于水/非水溶剂的混合电解液，通过在WiSE中引入非水共溶剂DMC，通过DMC共溶剂的还原，进一步促进SEI的形成，降低盐浓度的同时进一步降低了负极侧极限电压窗口，从而首次构建了高能量密度的水系Li₄Ti₅O₁₂/ LiNi_0.5Mn_1.5O₄锂离子电池²。随后几年，王飞博士也将水/非水混合电解液这一概念拓展到其它电池体系，包括Zn²⁺离子电池等其他电池体系^3，4，并且进一步确认了有机混溶剂对降低水活度的作用。

近日，复旦大学王飞青年研究员与马里兰大学王春生教授，杨重寅博士团队巧妙地将磷酸三甲酯（TMP）引入WiSE中，通过调控分子间作用力与界面化学，在9.5 m LiTFSI低浓度下将水系电解液电化学稳定性窗口扩大到 3.7 V，实现了LiMn₂O₄/Li₄Ti₅O₁₂全电池在低正/负极容量比(1.14)等实际应用的条件下的稳定工作和低自放电率⁵。同时，该工作在降低LiTFSI浓度的同时也降低了Li₄Ti₅O₁₂基电池体系对制造环境的高要求，因此可以显著降低生产成本，为设计高能量密度耐湿锂离子电池提供了一种通用策略。

该工作中，将TMP引入WiSE中具有独特优势。一方面利用TMP与水分子间的相互作用进一步降低了水活度。FTIR、NMR以及分子动力学模拟等结果证明了9.5 m LiTFSI-TMP-H₂O中TMP与水分子间的相互作用以及降低的水分子活度。

另一方面，通过Li⁺溶剂化壳中的TMP与TFSI-在负极表面的共分解促进了富F、含磷酸盐的有效界面膜的生成，进一步从动力学方面有效抑制了Li₄Ti₅O₁₂表面的析氢副反应的发生，实现了耐湿LiMn₂O₄/Li₄Ti₅O₁₂全电池的稳定循环。

通过本研究可以看出，有机混溶剂的加入，可以提升电解液设计的自由度，更加丰富电解液的性能。基于水/有机混合溶剂的电解液，有望结合水和有机体系电池的优点，并降低电池生产的成本，提高电池对环境的耐受性。