近日，媒體紛紛報道日本研發(fā)了一種具有非常高的安全性的電解液。根據(jù)報道，研究人員在有機鋰電池電解液中添加了磷酸三甲酯阻燃劑，從而降低了鋰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(zhì)疑鋰電池安全性的重要原因。電解液阻燃劑并不是新的發(fā)明，只不過是因為阻燃劑加入會嚴重的影響鋰電池的電化學性能，為此在商業(yè)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(jīng)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，不會對鋰電池的電性能出現(xiàn)影響【1】。

日本有關(guān)新型阻燃電解液的文章發(fā)表在著名期刊NatrueEnergy上【2】，根據(jù)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)orLiN(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），能夠顯著的改善鋰電池的循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性。最為重要的一點是，阻燃劑的加入并沒有降低鋰電池的電化學性能，采用該電解液的電池能夠穩(wěn)定的循環(huán)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(jù)文章的介紹，日本科研工作者之所以選擇NaN(SO2F)2(NaFSA)orLiN(SO2F)2(LiFSA)作為溶質(zhì)鹽，重要是因為這兩種鹽陰、陽離子之間的用途力很弱，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(guān)鍵。

為了更快的評估這款電解液的性能JianhuiWang首先利用循環(huán)性能更差的鈉離子電池體系做了評估，實驗中JianhuiWang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(nèi)。并且高濃度電解液極大的提高了該電解液的熱穩(wěn)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(tǒng)電解液的35g。

一款電解液獲得良好的電化學性能的基礎(chǔ)是在負極上形成穩(wěn)定的SEI膜，傳統(tǒng)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(wěn)定性較差，這也是影響鋰電池熱穩(wěn)定性的重要因素。JianhuiWang研發(fā)的這款高濃度NaFSA／TMP電解液（3.3M），在負極硬碳表面形成的則重要為無機成分的SEI膜，因此SEI膜的熱穩(wěn)定性得到了極大的提高。

在上面談了那么多有關(guān)安全的問題，最終還是要回歸到電解液的本質(zhì)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(wěn)定的SEI膜，因此導致循環(huán)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JianhuiWang研發(fā)的這款高濃度的NaFSA／TMP電解液卻保持了優(yōu)異的循環(huán)性能。從下圖可以看到，在C/5倍率下循環(huán)1200次后，電池的容量沒有明顯的下降（容量保持率95%）。

JianhuiWang還將上述的研究成果應用在了鋰電池上，濃度達到5.3M的LiFSA／TMP電解液在鋰電池中獲得了非常穩(wěn)定的循環(huán)性能（如下圖所示），C/5循環(huán)1000次，電池的容量幾乎沒有發(fā)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5VLiNi0.5Mn1.5O4電池中，C/5循環(huán)100次容量保持率99.2%，說明該電解液具有良好的電化學穩(wěn)定性。

從上面的介紹中我們看出，日本科研工作者研發(fā)的這款電解液的關(guān)鍵在于兩點：1）高濃度的LiFSI或NaFSA電解液，這一點是極為關(guān)鍵的，當電解液的濃度較低時，無法在負極表面形成持續(xù)、穩(wěn)定的SEI膜，會導致電解液持續(xù)發(fā)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(wěn)定性非常好的全無機SEI膜，極大的增強了電解液的穩(wěn)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(wěn)定性，改善了電池的安全性。