曹余良:通过调节Li盐与溶剂的摩尔比来改善非易燃磷酸盐电解质稳定性

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研究亮点：

1. 通过调节Li盐与溶剂的摩尔比来改善非易燃磷酸盐电解质稳定性。

2. 该电解质普适性强，具有这种电解质的锂离子电池和锂金属电池都具有高的的库伦效率和良好的循环性能。

目前的储能研究旨在大大提高锂离子电池的能量和功率密度，同时确保其安全性。作为液体电解质更安全的替代品，固态电解质已被广泛研究。然而，对于实际应用，开发阻燃剂或不易燃电解质仍然是优先考虑的问题。不易燃的电解质本质上可以消除火灾危险并提高电池安全性，但是由于负极表面的强催化活性，它们与电极材料尤其是石墨负极的相容性仍然是一个障碍。

与稀释电解质相比，高浓度或局部浓缩的电解质已显示出增强的还原/氧化耐受性和与电极良好的化学相容性。例如，由不可燃的TFEP和LiFSI组成的电解质有助于在半电池中将Li离子可逆地（脱）插入石墨中；高浓度电解质改善了基于TMP的不易燃电解质对钠离子电池中硬碳负极材料的稳定性。然而，对于降低Li盐的成本和保持电解质的良好粘度和导电性，稀释（而非高浓度）的电解质是至关重要的。

有鉴于此，武汉大学曹余良课题组与美国太平洋西北国家实验室刘俊教授和武汉理工大学肖利芬教授合作，报道了一种改善非易燃磷酸盐电解质稳定性的方法。

研究发现，在高Li盐-溶剂摩尔比（~1：2）下，磷酸盐溶剂分子大部分与Li+离子配位，并且可以有效地抑制溶剂分子对石墨负极的反应性。在商用18650锂离子电池中，使用本研究中含有添加剂的非易燃电解质（1：2 LiFSI-TEP）具有与碳酸盐电解质相当的电化学性能，且具有增强的安全性能。该锂离子电池展示了高的循环库仑效率（99.7％），良好的循环寿命和安全操作性。此外，这些不易燃的电解质对锂金属电极的反应性降低，应用在Li-Cu半电池中，非枝晶的Li金属电镀和剥离都具有高的库仑效率（> 99％）和良好的稳定性。

总之，本文报道了一种通过调节Li盐与溶剂的摩尔比来改善非易燃磷酸盐电解质稳定性的方法，从而既能降低电解质成本，增大电池安全性，又能提高锂离子电池和锂金属电池的电化学性能。

参考文献：

Zeng Z, Murugesan V, Han K S, et al. Non-flammable electrolytes withhigh salt-to-solvent ratios for Li-ion and Li-metal batteries[J].Nature Energy,2018.

DOI: 10.1038/s41560-018-0196-y

https://www.nature.com/articles/s41560-018-0196-y