谢佳教授、曾子琪博士，CEJ观点文章：让软包电池实现日历寿命长达半年的非可燃磷酸酯电解液

第一作者：刘猛闯

通讯作者：谢佳*，曾子琪*

单位：华中科技大学

在锂离子电池（LIBs）领域，与易燃碳酸酯电解质相关的安全问题亟需创新型的解决方案。研究表明，非可燃电解液可以有效阻止电池起火爆炸后释放的可燃物引发的二次灾害。其中，氟代磷酸酯溶剂阻燃性能优异且能够与碳酸酯电解液混溶而受到广泛关注。然而，此类溶剂易还原且形成的SEI膜屏蔽电子能力差，导致电解液难与石墨负极兼容，因此提高氟代磷酸酯还原稳定性对其规模应用来讲至关重要。

近日，来自华中科技大学的谢佳教授和曾子琪讲师，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Multilevel regulation of Li⁺-solvent interaction for fluorophosphate-based nonflammable electrolyte enabling lithium-ion batteries with long calendar life”的观点文章。该文章发现通过溶剂和阴离子多级调控策略可以有效减缓氟代磷酸酯溶剂分解对电池性能的恶化，并在碳酸酯体系验证了该设计思路。所设计的标准锂盐浓度（~1 M）电解液能够使石墨负极稳定循环200圈后展现出92.7%容量保持率，石墨-三元软包电池循环长达半年后无明显产气行为，600圈后容量保持率高达~96.5%。

首先利用分子静电势从理论上评估碳酸酯溶剂削弱氟代磷酸酯与Li⁺作用的可能性，并提出溶剂和阴离子多级调控理念。基于提出的混合溶剂自熄灭测试、电解液与石墨负极的兼容性来确定电解液组成。利用点火测试验证了电解液的阻燃性。

将EC溶剂替换成PC和FEC溶剂，电解液同样表现出与石墨负极优异的兼容性，且高TFP含量也使得电解液具有非可燃性，证明了所提出的调控策略具有一定普适性。进一步使用非成膜性锂盐高氯酸锂替换六氟磷酸锂验证了阴离子的调控作用。

利用拉曼光谱证明了溶剂-阴离子多级调控理念，形成溶剂充当为首要调控角色而阴离子作为候补调控角色的作用机制。通过对拉曼光谱卷积计算了溶剂化结构中允许存在的TFP分子数，并揭示了EC溶剂加入后TFP与Li⁺作用转变过程。

在石墨-三元软包电池中验证了溶剂-阴离子这种多级调控策略的有效性，软包电池小电流下循环600圈后容量保持率高达96.5%，循环中平均库伦效率99.98%，且无明显产气行为，长达半年的日历寿命优于文献报道的含阻燃电解液的电池表现。

Multilevel regulation of Li⁺-solvent interaction for fluorophosphate-based nonflammable electrolyte enabling lithium-ion batteries with long calendar life

曾子琪 华中科技大学讲师，2013年及2018年分别于武汉大学化学与分子科学学院获理学学士和博士学位。2018年至2021年在华中科技大学谢佳教授课题组从事博士后研究工作，现为华中科技大学电气学院讲师。长期从事电化学储能技术及功能性电解质材料的研究开发工作，重点关注电解液组成、结构与界面之间构效关系。在Nature Energy、Advanced Energy Materials、Energy & Environmental Science等国际顶级期刊发表论文50余篇，授权发明专利13项。获国家自然科学基金面上项目、青年基金资助，作为项目核心人员参与了国家重点研发计划、2项国自然联合基金重点项目以及多项横向项目。

刘猛闯 华中科技大学21级博士研究生，导师为谢佳教授，研究方向为锂离子电池用非可燃磷酸酯电解液。本科毕业于海南大学材料与化工学院，硕士毕业于武汉大学化学与分子科学学院。以第一&共一作者身份在ACS Energy Letters、Energy Storage Materials、Science Bulletin、Science China Chemistry、Chemical Engineering Journal、Journal of Colloid and Interface Science等期刊上发表论文9篇。