對(duì)電動(dòng)汽車安全性的擔(dān)憂是阻礙人們購(gòu)買電動(dòng)汽車的重要原因之一，實(shí)際上在大多數(shù)情況下鋰離子電池的安全性是非常高的，但是這并不能阻止我們對(duì)鋰離子電池更高安全性的追求，通常而言我們認(rèn)為熱失控的誘發(fā)原因主要是高溫導(dǎo)致正負(fù)極活性物質(zhì)熱分解，進(jìn)而導(dǎo)致電解液的氧化分解，例如美國(guó)NASA的測(cè)試表明一只18650電池在考慮電解液燃燒的情況下最多可以釋放出119-175kJ能量，但是實(shí)際上存儲(chǔ)在電池內(nèi)的電能還不到50kJ，多出來(lái)的這部分能量中有約40kJ是活性物質(zhì)分解產(chǎn)生的，剩余部分則電解液燃燒產(chǎn)生。

不難看出在發(fā)生熱失控時(shí)，電解液是影響鋰離子電池安全性的重要因素，因此人們嘗試開(kāi)發(fā)了多款不燃電解液，例如離子液體、氟化溶劑電解液等，但是因?yàn)槌杀镜纫蛩剡@些電解液始終沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)興起的全固態(tài)電解質(zhì)也是解決這一問(wèn)題的一種途徑，但是因?yàn)殡x子電導(dǎo)率低、界面接觸差等問(wèn)題，全固態(tài)電解質(zhì)仍然處在實(shí)驗(yàn)室階段。磷酸酯類溶劑，例如三磷酸三甲酯（TMP），磷酸三乙酯（TEP）等，由于具有更廣的使用溫度范圍，良好的Li鹽溶解性，較低的粘度和寬電化學(xué)窗口，使得磷酸酯類溶劑成為不燃電解液的良好的選擇，但是磷酸酯類溶劑存在一個(gè)問(wèn)題——無(wú)法在負(fù)極表面形成穩(wěn)定的SEI膜，導(dǎo)致石墨負(fù)極分層和剝落，同時(shí)由于石墨負(fù)極表面極強(qiáng)的催化作用，會(huì)導(dǎo)致磷酸酯類溶劑持續(xù)的分解，這也成為磷酸酯類電解液應(yīng)用繞不過(guò)去的坎。

為了解決磷酸酯類電解液的這一問(wèn)題，武漢大學(xué)的ZiqiZeng（第一作者）和KeeSungHan（通訊作者）、Ji-GuangZhang（通訊作者）提出了一種高Li／溶劑摩爾比（1:2）的磷酸酯類電解液，由于電解液中的大部分溶劑分子與Li+形成溶劑化結(jié)構(gòu)，從而抑制了溶劑分子與石墨負(fù)極的副反應(yīng)的發(fā)生，從而極大的提高了鋰離子電池的庫(kù)倫效率（18650電池庫(kù)倫效率可達(dá)99.7%）和循環(huán)壽命。

上圖為采用不同Li/溶劑摩爾比的LiFSI-TEP電解液在石墨負(fù)極表面的循環(huán)伏安曲線，從測(cè)試曲線來(lái)看在Li／溶劑摩爾比為1：5和1:3時(shí)電解液會(huì)在0.8V負(fù)極發(fā)生明顯的分解，但是當(dāng)Li／溶劑摩爾提高到1:2后電解液在0.8V附近的分解電流峰就消失，這表明提高Li／溶劑摩爾比能夠有效的提升磷酸酯類溶劑在石墨表面的穩(wěn)定性。

下圖為采Li／溶劑摩爾比分別為1:1和1:2的LiFSI-TEP電解液在Li/石墨半電池中的首次充放電效率，可以看到兩種電解液的半電池的首次可逆容量分別為250mAh/g和331mAh/g，首次庫(kù)倫效率分別為77%和74%，表明較高的Li／溶劑摩爾比能夠很好的抑制溶劑在石墨負(fù)極表面的分解，Li／溶劑摩爾比為1:1的電解液可逆容量較低主要是因?yàn)殡娊庖赫扯容^大、電導(dǎo)率較低造成的。為了形成更加穩(wěn)定的SEI膜，作者還向電解液中添加了少量的成膜添加劑（5%的FEC和0.05mol／L的LiBOB），從而使得石墨負(fù)極半電池的首次效率提高到了85%。

高Li／溶劑摩爾比的電解液也顯示出了良好的循環(huán)性能，從下圖能夠看到石墨負(fù)極在Li／溶劑摩爾比為1:2的電解液中循環(huán)100次容量保持率可達(dá)74%，而添加了FEC和LiBOB成膜添加劑的磷酸酯類電解液則表現(xiàn)出了更加穩(wěn)定的循環(huán)性能，循環(huán)100次容量保持率可達(dá)91%，循環(huán)中庫(kù)倫效率可達(dá)99.8%，這一結(jié)果已經(jīng)幾乎能夠與碳酸酯類電解液相媲美了。機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，在添加FEC和LiBOB的電解液中形成的SEI膜中LiF含量更高（FEC分解產(chǎn)物）和有機(jī)低聚物含量增多（LiBOB分解產(chǎn)生），這種致密的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合SEI膜能夠更好的減少TEP與石墨接觸，從而減少磷酸酯溶劑的分解，提升負(fù)極的循環(huán)壽命和庫(kù)倫效率。

為了驗(yàn)證上述的不可燃電解液在全電池中的性能，ZiqiZeng采用LCO正極和石墨負(fù)極18650電池對(duì)添加了FEC和LiBOB成膜添加劑的磷酸酯類電解液進(jìn)行了測(cè)試，下圖為電池在0.05C倍率下進(jìn)行循環(huán)的數(shù)據(jù)，從圖中能夠看到全電池在循環(huán)50次后容量保持率為90%（采用碳酸酯類電解液的電池容量保持率為94%左右），充放電庫(kù)倫效率達(dá)到99.7%。

雖然在循環(huán)性能上這款磷酸酯類不燃電解液與商業(yè)碳酸酯類電解液相比還有一定差距，但是這款不燃電解液的使用卻極大的提升了鋰離子電池的安全性能，在短路、針刺和擠壓試驗(yàn)中，采用不燃電解液的18650電池通過(guò)了所有測(cè)試，而采用商業(yè)碳酸酯類電解液的電池僅僅通過(guò)了擠壓測(cè)試，特別是針刺試驗(yàn)中采用不燃電解液的電池保持了結(jié)構(gòu)的完整（下圖中間電池），沒(méi)有發(fā)生燃燒，而采用商業(yè)碳酸酯類電解液的電池在針刺試驗(yàn)中則發(fā)生了起火，整個(gè)電池被燒毀（下圖低部電池）。

ZiqiZeng通過(guò)采用高Li／溶劑摩爾比，提高了溶劑分子的溶劑化比例，從而極大的提高了磷酸酯類電解液在石墨負(fù)極表面的穩(wěn)定性，提升了充放電庫(kù)倫效率和循環(huán)性能，使得磷酸酯類電解液具有了與碳酸酯類電解液相媲美的性能，同時(shí)磷酸酯類電解液的不燃特性也大大提高了鋰離子電池的安全屬性，幫助鋰離子電池順利通過(guò)擠壓、針刺和短路試驗(yàn)。