由于近年来全球能源和环境问题的凸显，可充电电池及储能设备的发展受到人们越来越多的关注。作为运输电荷的载体，电解液在诸如锂离子电池(LIB)、液流电池(RFB)、镁离子电池等二次电池中扮演着关键角色。电解液的性质很大程度上影响了电池的整体性能，而载电离子的溶剂化结构决定了电解液的性质。为此，深入研究电解液的溶剂化结构将有助于二次电池的研究与发展。　　溶剂化结构的研究方法可分为实验和理论计算两大类，目前都发展得比较成熟。其中核磁共振(NMR)作为分子级别的无损检测手段，对结构的变化十分灵敏，是研究电解液结构的理想工具。考虑电子作用的量化计算方法更适合模拟带电体系的结构。本文通过化学位移的计算，将NMR实验与量化计算结构模拟有机结合起来，对多个电解液体系的溶剂化结构进行研究，主要内容包括:　　一、本文运用了天然丰度17O NMR方法对锂离子电解液进行了测试。其中电解液的溶质为二（三氟甲基磺酰）亚胺锂(LiTFSI)，溶剂为碳酸乙烯脂(EC)，碳酸丙烯脂(PC)和碳酸甲乙脂(EMC)的混合物。从实验结果可以明显地观察到溶剂分子的17O化学位移随着LiTFSI的浓度变化。羰基氧化学位移的变化明显大于醚氧的变化，说明了与锂离子配位的是羰基氧。为了进一步了解详细的分子间相互作用，我们对溶剂化结构进行了17O化学位移的量化计算。通过对比化学位移的估算值和实验值，我们验证了锂离子与四个双键氧原子配位，而这些氧原子则由EC，PC，EMC和TFSI-离子提供。当存在多余的自由溶剂分子时，它们将和与锂离子配位的溶剂分子进行快速交换，从而产生17O化学位移的平均值。此外，我们验证了一系列溶剂化结构，它们在电解液中的比例将由LiTFSI的浓度决定。　　二、通过在二茂铁基上修饰带电侧链，新型的活性物质，Fc1N112-TFSI，克服了无水液流电池电解液溶解度低的问题。本文运用13C、1H和17O NMR实验检测以Fc1N112-TFSI溶于混合烷基碳酸酯溶剂的电解液。随着溶度的变化，碳谱的化学位移和氧谱的线宽发生了变化，证明了溶质与溶剂分子之间的相互作用。对分子结构和化学位移的量化计算解释了实验结果并且明确了溶剂化结构和分子动力学。结果说明了Fc1N112-TFSI在混合溶剂中随着浓度变化产生不同程度的解离。溶剂分子分别围绕着Fc1N112和TFSI离子形成溶剂化层，同时与自由的溶剂分子和TFSI离子快速交换。在高浓度下，溶剂分子与二茂铁上的戊环配位而非Fc1N112离子的带电侧链。此外，介电常数高的溶剂更有能力在低浓度下解离Fc1N112-TFSI分子。　　三、本文在由Mg(BH4)2、 Mg(TFSI)2和二甘醇二甲醚(DGM)组成的镁离子电解液体系上实现了高分辨25Mg核磁共振谱。当Mg(BH4)2和Mg(TFSI)2分别溶于DGM时，呈现出截然不同的25Mg化学位移。借助量化计算方法对溶剂化结构和25Mg化学位移进行模拟，结果显示Mg(BH4)2-DGM和Mg(TFSI)2-DGM两个体系分别对应两种不同的溶剂化结构。在Mg(BH4)2-DGM中，第一溶剂化层由两个BH4-离子和一个DGM分子分别通过氢原子和氧原子配位组成，第二溶剂化层包含了五个DGM分子。在Mg(TFSI)2-DGM中，Mg(TFSI)2部分解离，溶剂化层由一个TFSI-离子和两个DGM分子组成。在混合电解液中，随着Mg(BH4)2/Mg(TFSI)2比例的变化，25Mg化学位移发生了明显的偏移，说明溶剂化层中BH4-离子、TFSI离子和DGM分子与自由的溶剂分子快速交换，使得镁离子在两种溶剂化结构之间变换，从而呈现出平均的25Mg化学位移及单一的谱峰。