化学所/武理​ACS Energy Letters：从热化学角度对可充电锂电池有机电解液的安全性能进行基准测试

开发不易燃有机电解质被认为是解决可充电锂电池安全问题最有价值的策略之一。然而，由于测量条件不一致和缺乏基本参考体系，对电解质安全性进行定量和精确的评估仍然具有挑战性。

在此，中国科学院化学研究所郭玉国教授，武汉理工大学Li Kaiyuan教授、尤雅教授等人通过锥形量热法表征各种类型的单溶剂电解质的热化学，对有机电解质的安全性进行了基准研究，并从总热释放（THR）、最大放热速率（MHRR）、点火时间（TTI）和自熄时间（SET）等多个方面对其安全性进行了评价。

结果表明本质安全型有机电解质应同时具有低THR、低MHRR、长TTI和短SET等特点。从热化学的角度来看，多氟化物和磷酸盐（TMP, DMMP）是不可燃溶剂和阻燃添加剂的最佳选择。

电解质中引入磷酸盐对低沸点溶剂电解质的TTI没有明显改善，但对高沸点电解质可同时降低THR、MHRR和SET，进一步明显提高TTI，从而提高整体安全性。

图1. 燃烧过程中THR和MHRR随时间变化以及TTI和SET参数的示意图以及各种溶剂和电解质的MHRR与THR。

因此，将不易燃溶剂与高沸点溶剂（如EC、PC、SUL、ADN和DMSO）相结合的“鸡尾酒”疗法将是理想的选择。此外，虽然磷酸盐对低沸点溶剂电解质的TTI影响不大，但其他三个参数均有明显改善，说明从综合角度评价电解质的安全性具有重要意义。

此外，硅负极可以阻断链式反应，在燃烧过程中，VTMS和VTES的沸点较低，容易着火。而其他沸点较低的溶剂，如酰胺类（DMF、DMAc）、醚类（Trig、DIG、THF、2Me-THF）、AN、BN等溶剂不适合作为主溶剂或大比例共溶剂。

总的来说，该工作为评估电解质的安全性提供了新的见解，揭示了磷酸盐对电解质产生的具体影响，并为先进锂电池的高安全有机电解质提供了全面的设计原则。

图2. 磷酸盐对酯类和醚类溶剂可燃性的影响

Benchmarking the Safety Performance of Organic Electrolytes for Rechargeable Lithium Batteries: A Thermochemical Perspective，ACS Energy Letters 2023 DOI：10.1021/acsenergylett.2c02683