鋰離子嵌入化(hua)合物(wu)在水溶液(ye)中(zhong)的化(hua)學/電(dian)化(hua)學反應比在有(you)機(ji)電(dian)解(jie)(jie)液(ye)中(zhong)要復雜(za)得多(duo)(duo)：要涉及到許多(duo)(duo)副(fu)反應，例(li)如(ru)電(dian)極(ji)材料與水和氧(yang)(yang)氣的反應;電(dian)極(ji)材料嵌鋰過程(cheng)中(zhong)的質子協同嵌入;氧(yang)(yang)氣和氫氣的析出;電(dian)極(ji)材料在水中(zhong)的溶解(jie)(jie)。

已經證實當相對與Li/Li+的(de)電位高于3.3V時，電極材料在空(kong)氣中(zhong)基(ji)本上是穩定的(de)。而對于水系鉀離子電池的(de)負極，嵌(qian)入電位通常低于3.3V。

首先我(wo)們要(yao)考慮電極材(cai)料在(zai)水溶液中(zhong)的(de)穩定性(xing)。水系電池通常是敞開于(yu)空氣(qi)中(zhong)，我(wo)們需要(yao)考慮電極材(cai)料在(zai)水和氧氣(qi)都(dou)存在(zai)的(de)情況(kuang)下的(de)穩定性(xing)。。

若在(zai)水和氧氣都存在(zai)時，以下反應(ying)將(jiang)會發生：

Li(fimtercalated)+(1/4)O2 +(1/2)H20 →Li++HO-

嵌鋰(li)化合物于(yu)水(shui)和氧(yang)氣(qi)達(da)到平衡時計算得到的(de)的(de)平衡電位V(x)= 4.27 -0.059pH(V)

在(zai)(zai)(zai)氧(yang)氣存(cun)在(zai)(zai)(zai)的(de)(de)情(qing)況下，沒有材(cai)料可(ke)以用來(lai)作水系鋰(li)離(li)子電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)負(fu)極(ji)。這(zhe)是(shi)(shi)因(yin)為(wei)水系鋰(li)離(li)子電(dian)池(chi)(chi)負(fu)極(ji)的(de)(de)鋰(li)離(li)子嵌(qian)入電(dian)位(wei)一般相對于Li/Li+低于3.0V，而(er)計算得到的(de)(de)平衡電(dian)位(wei)在(zai)(zai)(zai)PH為(wei)7時(shi)是(shi)(shi)3.85V，在(zai)(zai)(zai)PH為(wei)13時(shi)是(shi)(shi)3.5V。這(zhe)表明所有負(fu)極(ji)材(cai)料的(de)(de)還原態理論上將會(hui)被水和氧(yang)氣氧(yang)化(hua)，而(er)不是(shi)(shi)進行(xing)電(dian)化(hua)學氧(yang)化(hua)反(fan)應(ying)。我們認為(wei)在(zai)(zai)(zai)氧(yang)氣存(cun)在(zai)(zai)(zai)時(shi)，適合作為(wei)水系鋰(li)離(li)子電(dian)池(chi)(chi)負(fu)極(ji)任何材(cai)料在(zai)(zai)(zai)放電(dian)態都會(hui)和氧(yang)氣和水反(fan)應(ying)，這(zhe)是(shi)(shi)導致水系鋰(li)離(li)子電(dian)池(chi)(chi)容(rong)量衰減(jian)的(de)(de)原因(yin)。

在無氧(yang)的(de)情況下，嵌鋰化合物將會于水發生如下反應：

Li(tintercalated)+H20→Li++OH-+(1/2)H2

嵌鋰(li)化合物(wu)于水達到平(ping)衡時計算得到的(de)的(de)平(ping)衡電位是：

V(x)=3.04-0.059pH(V)

通(tong)過(guo)(guo)廣泛(fan)研究電(dian)(dian)極(ji)(ji)材(cai)料在(zai)(zai)水(shui)溶(rong)液中(zhong)的(de)穩定性(xing)，伴(ban)隨著鋰離(li)子(zi)(zi)嵌(qian)入(ru)的(de)質子(zi)(zi)嵌(qian)入(ru)，氧氣(qi)和氫氣(qi)的(de)析出反(fan)應，和電(dian)(dian)極(ji)(ji)材(cai)料在(zai)(zai)水(shui)中(zhong)的(de)溶(rong)解(jie)性(xing)，研究人員發現：在(zai)(zai)氧氣(qi)存在(zai)(zai)的(de)情況下，適合作為水(shui)系鋰離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)負極(ji)(ji)任何材(cai)料在(zai)(zai)放電(dian)(dian)態都會(hui)和氧氣(qi)和水(shui)反(fan)應，這是導致水(shui)系鋰離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)容量(liang)衰(shuai)減的(de)原因。通(tong)過(guo)(guo)密封電(dian)(dian)池(chi)除(chu)氧，調整電(dian)(dian)解(jie)液的(de)pH值(zhi)，使用炭(tan)包覆(fu)的(de)電(dian)(dian)極(ji)(ji)材(cai)料，水(shui)系鋰離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)可以(yi)具有非常長的(de)循(xun)環壽命。