乙基膦酸二乙酯基阻燃宽温域电解液在锂离子电池中的应用

锂离子电池(lithium-ion batteries,LIBs)在电动汽车和电化学储能等领域有着广泛的应用。然而,商用碳酸酯电解液的低闪点和易燃烧给LIBs的应用拓展带来了安全隐患。通过引入低成本、不可燃的乙基膦酸二乙酯(diethyl ethylphosphonate,DEEP)阻燃剂,可以有效降低电解液燃烧的风险。然而,DEEP与Li+之间的相互作用强,容易导致DEEP进入Li+的第一溶剂化壳层,参与形成负极表面固态电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)。但是,DEEP还原分解形成的SEI电子屏蔽能力差,难以阻止溶剂分子在界面持续分解,导致石墨负极失效。本研究通过强配位溶剂碳酸乙烯酯和弱配位溶剂线性碳酸酯协同调节DEEP与Li^(+)的作用强度,降低了DEEP在Li^(+)的第一溶剂化壳层中的占比,抑制了DEEP在负极上的分解。在构筑的常规浓度(约1.15 mol/L)DEEP改性的碳酸酯电解液中,石墨负极稳定循环150圈后的容量保持率高达95.6%。此外,该电解液在-60℃下仍能保持良好的流动性,并且石墨/磷酸铁锂电池在-20℃下循环50圈后仍有49.3%的容量保持率。

不可燃氟代碳酸酯基钠离子电池电解液

锂离子电池由于其较高的能量密度而在我们的日常生活中被广泛使用,比如手机、笔记本电脑和电动汽车。然而,地球上有限的锂资源可能会阻碍其进一步的发展。近来,由于丰富的资源、合适的电化学平台和低廉的价格,钠离子电池正得到大家越来越多的关注,有希望成为下一代主流储能体系。然而,跟锂离子电池类似,钠离子电池的电解液主要是由易燃的有机碳酸酯或醚类溶剂、钠盐和一些添加剂组成,这就带来了安全隐患。此外,钠金属具有比锂更高的化学活性,导致钠离子电池可能具有比锂离子电池更大的危险性。为了解决这个安全性问题,我们提出一种不可燃的氟代碳酸酯基电解液。电解液成分是由0.9 mol·L^−1 NaPF6溶解在氟代碳酸乙烯酯(FEC)和二-2,2-三氟乙基碳酸酯(TFEC)(3:7,体积比)混合溶剂中组成。测试结果表明,该电解液体系不仅具有优异的阻燃能力,而且与钠离子电池的正负极都具有很好地相容性。在此电解液中,普鲁士蓝正极时表现出色的电化学性能,循环50圈后,仍有84 mAh·g^−1的容量。此外,商业化硬碳材料在该电解液中也表现出了较好的电化学性能。这项工作可能为开发下一代安全型钠离子电池提供新途径。