近期，我室设计制备了一种锂离子电池电解液用齐聚物功能型添加剂，其特点是具有优异的电化学稳定性和阻燃性能，并且该添加剂可在石墨负极表面形成稳定的电极界面层，避免了电极界面的破损和锂枝晶的生长，有效提高电池的循环稳定性。相关研究成果发表在国际知名期刊《Journal of Energy Chemistry》上，第一作者为本室博士研究生权一舟，通讯作者为王玉忠教授和吴刚教授。
【研究背景】
锂离子电池( LIBs )由于其环境友好、低成本、高工作电压和高能量密度等优点，已作为商用储能设备被广泛应用于电动汽车和3C产品中。LIBs电解液通常采用低沸点、易挥发且高度可燃的有机碳酸酯类溶剂，在热失控过程中容易引发电池的燃烧甚至爆炸。虽然常规的有机含磷阻燃添加剂如磷酸三甲酯（TMP）、磷酸三乙酯（TEP）、甲基膦酸二甲酯（DMMP）具有良好的电解液阻燃性能，但这类小分子阻燃剂会在石墨负极表面发生不可逆的嵌入或者还原分解，导致电池性能不断衰减。因此，开发兼具电解液阻燃性能和电极兼容性的功能型添加剂是解决LIBs安全问题的关键所在。
【主要内容】
该工作设计合成了一种含磷齐聚物功能型添加剂（PPO），一方面齐聚物相比小分子阻燃剂具有更高的热稳定性，能够在更高的温度下持续发挥对电解液的阻燃效果；另一方面齐聚物更大的空间位阻和更好的分子结构稳定性，可以有效避免其在石墨负极表面发生不可逆的嵌入和还原分解，并且通过PPO在石墨负极表面形成稳定的界面层，诱导锂离子的均匀沉积与剥离（图1）。实验结果表明，含15%PPO的电解液相比含小分子阻燃剂的电解液具有更小的燃烧热释放、更高的电化学窗口以及更优异的石墨负极兼容性（图2）。在扣式电池长循环测试中，由PPO电解液组装的磷酸铁锂（LFP）半电池和石墨（Gr）半电池相比其他电池具有明显更高的循环稳定性和容量保持率（图3）。同时由于空白电解液（BE）在石墨表面形成的电极界面层不稳定，导致了长循环中界面破损和锂枝晶生长，而PPO电解液在石墨负极表面形成了更加稳定的柔性界面层，有效维持电极界面的形貌完整性并抑制锂枝晶的生长（图4），因此在1 C倍率下PPO石墨半电池的长循环稳定性相较BE石墨半电池大幅提升。该研究为高安全性、高稳定性LIBs电解液用功能型添加剂的设计合成提供了新的思路和策略。
图1 PPO功能型添加剂的设计示意图
图2 含PPO电解液与含小分子阻燃剂电解液的热稳定性、阻燃性能和电化学性能
图3 不同电解液的（a-b）LFP/Li电池和（c-d）Gr/Li电池循环性能
图4 1 C循环200次后BE电池（a-c）和PPO电池（d-f）石墨负极形貌及电极界面示意图（g）
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095495623003248
