华中科技大学的谢佳教授、文劲宇教授和曾子琪讲师 ESM综述：回顾液态电解质化学在抑制锂离子电池热失控方面的最新进展

第一作者：刘猛闯

通讯作者：曾子琪*，文劲宇*，谢佳*

单位：华中科技大学

在过去的几十年里，快速发展的锂离子电池（LIB）技术为便携式电子设备和运输工具提供了动力，并改变了我们的生活和出行方式。但是，锂离子电池热失控（TR）风险的激增为其在规模存储领域的进一步应用带来了严峻的挑战。作为锂离子电池的血液，电解质是引发与TR相关的物质-能量转换反应的 "启动器和加速器"。对当前商用的液态电解质进行功能化设计以切断这些放热反应被认为是缓解 TR 的关键解决方案。然而，由于各个放热反应与 TR 之间错综复杂的关系尚不明确，因此有针对性地设计功能型液态电解质难以取得有效进展。在此，本综述首次分析了相应的关联机制，同时总结了功能型液态电解质在提高 LIB 安全性方面取得的进展，并针对各类有害的物质-能量转换反应，提出了功能性液态电解质的设计准则。本文为未来功能型电解液的设计提供了方向，有助于加快高安全LIBs的构建及在储能领域的应用。

近日，来自华中科技大学的谢佳教授、文劲宇教授和曾子琪讲师，在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“Reviewing recent progress of liquid electrolyte chemistry for mitigating thermal runaway in lithium‒ion batteries”的观点文章。该观点文章分析了各个放热反应与 TR的关联机制，同时总结了功能型液态电解质在提高 LIB 安全性方面取得的进展，并针对各类有害的物质-能量转换反应，提出了功能性液态电解质的设计准测。

在过热条件下，负极SEI 的分解和重构会释放出大量还原性气体，如 H₂、C₃H₆、C₃H₄、C₂H₄ 和 C₂H₂。它们的爆炸极限低，且能够通过串扰反应降低正极材料的结构稳定性进而加速电池出现热失控。一般SEI的分解温度为80℃左右，但在储能用的大容量280 Ah LFP/Gr 电池中该温度节点提前至70.6 ℃。通过在负极界面构建高热稳定性的SEI能够减少这些还原性气体的释放，从而提高电池热失控前的自加热温度T1，增强电池的安全性。

低闪点的碳酸酯溶剂是电池中最易燃的成分。一旦电池受到挤压、碰撞或刺穿，电解液就会泄漏和扩散。遇到明火后，它们很容易被点燃并引起电池燃烧和爆炸。并且事故的扩散性强，单靠传统的灭火措施很难有效防御大面积的燃烧蔓延。另外，储能系统中的高压电弧容易击穿电池外部的绝缘介质，导致绝缘体熔化或碎裂，使电池产生电弧拉效应。由于电解质的沸点较低，拉弧过程中产生的高温很容易使电解质挥发和释放，这也增加了电解液燃烧风险。使用阻燃电解液可以抑制电解液燃烧和扩散引发的大面积燃烧爆炸风险。

正极不可逆相变释放的O₂ 能够与电解液和锂化石墨反应放热，并且释放的热量会进一步加速正极结构的劣化和O₂的释放，并最终引发电池出现TR。通过电解液功能化设计，构建稳定的阴极电解质界面 (CEI) 是抑制O₂释放的关键，目前已报道的电解液主要包括EC-free电解液和全氟电解液等。

锂离子电池的广泛应用为我们的日常生活和社会进步注入了新的活力，但其潜在的 TR 风险仍然是其进一步应用的重大障碍。在每个物质-能量转换反应中，电解质都不可避免地参与放热过程，从而导致电池温度升高，降低锂电池的热稳定性。开发功能型电解质是降低 TR 风险和提高 LIB 安全性的重要方法。本综述系统地介绍了已报道的具有应用前景的功能型电解质策略，并指明了每一种电解质目前在应用方面所存在的挑战及未来值得关注的研究方向。

Reviewing recent progress of liquid electrolyte chemistry for mitigating thermal runaway in lithium‒ion batteries

谢佳 华中科技大学教授、博士生导师，国家重点研发和青年973计划项目首席科学家。2002年于北京大学化学与分子工程学院获学士学位；2008年于斯坦福大学化学系获博士学位；2008-2012年在美国陶氏化学任资深研究员；2012年初回国，担任合肥国轩高科研究院院长，从事动力锂离子电池研发及产业化工作；2015年起担任华中科技大学教授。

近年来在电化学储能领域取得了多项原创性成果。在Nature子刊、Energy & Environmental Science、Advanced Energy Materials等国际顶级期刊发表SCI论文180余篇，获专利授权90余项，其中发明专利64项。牵头荣获中国电工技术学会科技进步一等奖，青年科技奖。

文劲宇 华中科技大学教授、博士生导师，长江学者，华中科技大学校长助理，强电磁技术全国重点实验室主任，思构（SGO）实验室负责人。系统地研究了电力系统低频振荡和宽频振荡机理及其抑制技术；曾主持研制了直流输电微机站控系统并于2002年投入到我国首条长距离跨省直流海缆工程（上海至嵊泗±50kV直流输电工程）运行，填补了当时国内空白。

近年主要致力于采用储能、柔性直流等新技术解决大规模新能源并网消纳等问题：主持承担国家自然科学基金电气学科第一个储能重点项目；研制成功储能调相电机、移动式高温超导磁储能等新型储能装置；发明了串联异构型柔性换流器、直流自耦变压器等多种新型柔性直流技术和装备；开发了柔性直流系统分析设计软件；成果在世界首个±800kV特高压柔性直流输电（昆柳龙）等实际工程中得到应用；面向碳达峰碳中和目标提出并积极推动计算能源经济学的研究。先后获得国家科技进步一、二等奖各1项，省部级一等奖5项。

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，获国家自然科学基金面项目、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项目、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。

因课题组发展需要，长期招聘电化学储能方向的博士后；成果优异的博士和博后可申请加入课题组（符合华中科技大学岗位入职要求），海外优秀青年人才可帮助推荐海外优青项目，期待您的加盟！联系邮箱：weiyunyin2020@hust.edu.cn；课题组主页http://rest.seee.hust.edu.cn/index.htm

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