基于非燃电解液安全性锂离子电池的研究

2019-02-25

锂离子电池安全性问题一直制约着锂二次电池向电动汽车和大规模储能领域发展，而影响锂二次电池安全性的主要因素是易燃有机电解液的使用。传统的做法是在电解液中添加阻燃剂，武汉大学化学与分子科学学院曹余良教授带领团队另辟蹊径，长期致力于非燃磷酸酯溶剂完全替换目前可燃体系，试图从根本上解决这一问题。然而小分子磷酸酯类化合物在石墨和金属锂负极表面会发生强烈的还原分解，无法形成完整的钝化膜，因此难以实现锂离子的可逆脱嵌，限制了其应用发展。

针对上述问题，曹余良团队博士生曾子琪、江晓宇及其合作者突破了稳定非燃电解液传统思路的限制，通过将盐与溶剂的摩尔比率（MR）控制在溶剂电化学稳定阈值内（大于1:2），优选出了氟磺酰亚胺锂（LiFSI）与磷酸三乙酯（TEP）摩尔比为1:2的电解液。该体系不仅具有低的摩尔浓度（约2.2 mol/L）、较低的粘度、较高的电导率，而且值得注意的是，在这种高摩尔比（盐与溶剂比）体系中，大多数TEP分子与Li⁺络合，几乎无自由的溶剂分子存在，造成溶剂还原电位负移，抑制了溶剂分子在负极表面的不可逆分解，实现石墨和金属锂负极的可逆电化学循环。此外，包含钴酸锂正极、石墨负极和这种非燃电解液的18650软包实际电池表现出高的首周库仑效率和放电容量以及稳定的循环性能，同时该18650电池通过了针刺、短路、重物冲击等安全性测试，表现出了优异的安全性能。