近日，媒體紛紛報道日本研發了一種具有非常高的安全性的電解液。根據報道，研究人員在有機鋰離子電池電解液中添加了磷酸三甲酯阻燃劑，從而降低了鋰離子電池電解液的可燃性，并且可以高效的充放電1000次以上，小編帶著好奇為大家解讀一下這篇文章。

鋰離子電池由于電勢較高，因此只能使用有機電解液，導致電解液具有較高的可燃性，這也是人們質疑鋰離子電池安全性的重要原因。電解液阻燃劑并不是新的發明，只不過是因為阻燃劑加入會嚴重的影響鋰離子電池的電化學性能，為此在商業電解液中很少添加阻燃劑。為了同時兼顧電化學性能和阻燃性能，科研人員提出了多種方法，例如我們之前就曾經報道過美國加州大學圣迭戈分校的科研人員就提出了將阻燃劑DBA（二芐胺）采用膠囊包裝的形式，添加到電解液之中，在電池遭受到機械擠壓時，阻燃劑DBA能夠快速釋放到電解液之中，阻斷鋰離子電池的電化學反應，而在正常使用過程中DBA被封鎖在膠囊中，不會對鋰離子電池的電性能產生影響【1】。

日本關于新型阻燃電解液的文章發表在著名期刊Natrue Energy上【2】，根據文章的簡介來看，日本的科研人員是使用了高濃度的NaN(SO2F)2(NaFSA) or LiN(SO2F)2 (LiFSA)電解液，并向其中添加了常見的阻燃劑磷酸三甲酯TMP，這種高濃度電解液能夠在碳負極的表面形成一層無機鈍化層（SEI膜），能夠顯著的改善鋰離子電池的循環性能和熱穩定性。最為重要的一點是，阻燃劑的加入并沒有降低鋰離子電池的電化學性能，采用該電解液的電池能夠穩定的循環1000次以上，而沒有明顯的衰降，這就是這款電解液的厲害之處了。

下面，小編就為大家詳細解讀一下這篇看上去很厲害的文章。根據文章的介紹，日本科研工作者之所以選擇NaN(SO2F)2(NaFSA) or LiN(SO2F)2 (LiFSA)作為溶質鹽，主要是因為這兩種鹽陰、陽離子之間的作用力很弱，即便是在較高的濃度下仍然能夠維持較高的離子電導率，這也是能夠使用高濃度電解液的關鍵。

為了更快的評估這款電解液的性能Jianhui Wang首先利用循環性能更差的鈉離子電池體系做了評估，實驗中Jianhui Wang配制了三種濃度的NaFSA／TMP電解液（1.0M，2.2M和3.3M），這三款電解液的物性指標如下表所示。從表中可以看到，這幾款電解液的例子電導率、粘度都在可接受的范圍內。并且高濃度電解液極大的提高了該電解液的熱穩定性，在150℃下，3.3M的NaFSA／TMP電解液失重僅為1.2g，遠遠低于傳統電解液的35g。

一款電解液獲得良好的電化學性能的基礎是在負極上形成穩定的SEI膜，傳統的有機電解液在負極表面形成的是由有機／無機顆粒組成的混合SEI膜，這層SEI膜中的有機成分的穩定性較差，這也是影響鋰離子電池熱穩定性的重要因素。Jianhui Wang研發的這款高濃度NaFSA／TMP電解液（3.3M），在負極硬碳表面形成的則主要為無機成分的SEI膜，因此SEI膜的熱穩定性得到了極大的提高。

在上面談了那么多關于安全的問題，最終還是要回歸到電解液的本質上來，也就是它的電化學性能。以往的鈉離子電池電解液因為無法在硬碳表面形成穩定的SEI膜，因此導致循環性能較差，這種情況在電解液中加入阻燃劑后將更加嚴重（阻燃劑會影響SEI的形成），但是Jianhui Wang研發的這款高濃度的NaFSA／TMP電解液卻保持了優異的循環性能。從下圖可以看到，在C/5倍率下循環1200次后，電池的容量沒有明顯的下降（容量保持率95%）。

Jianhui Wang還將上述的研究成果應用在了鋰離子電池上，濃度達到5.3M的LiFSA／TMP電解液在鋰離子電池中獲得了非常穩定的循環性能（如下圖所示），C/5循環1000次，電池的容量幾乎沒有發生明顯的改變（容量保持率99.6%），同時該電解液還能夠應用在5V LiNi0.5Mn1.5O4電池中，C/5循環100次容量保持率99.2%，說明該電解液具有良好的電化學穩定性。

從上面的介紹中我們看出，日本科研工作者研發的這款電解液的關鍵在于兩點：1）高濃度的LiFSI或NaFSA電解液，這一點是極為關鍵的，當電解液的濃度較低時，無法在負極表面形成連續、穩定的SEI膜，會導致電解液持續發生分解，嚴重影響電化學性能。在較高的濃度下，負極表面能夠形成穩定性非常好的全無機SEI膜，極大的增強了電解液的穩定性；2）阻燃劑TMP的加入，阻燃劑TMP的加入很好的提高了電解液在高溫下的熱穩定性，改善了電池的安全性。

撰稿：憑欄眺

返回第一電動網首頁 >