AM:低濃度全磷酸鹽電解質用于高電壓和高安全鋰離子電池！

大多數與鋰離子電池（LIBs）相關的安全事故源于高揮發性、易燃的碳酸酯電解液的使用。采用不易燃的全磷酸酯溶劑電解液可以顯著提升LIBs的安全性。然而，低濃度（約1 M）的全磷酸酯溶劑電解液與商用石墨負極不兼容。

在此，華南師范大學鄭奇峰團隊設計并合成了一種具有固有石墨鈍化能力的新型六元環狀磷酸酯（HTP）作為電解液溶劑。

引入常規的三（2,2,2-三氟乙基）磷酸酯（FTEP）作為共溶劑，通過HTP與FTEP之間的溶劑-溶劑相互作用調節電解液的溶劑化結構，這有利于Li?的脫溶劑化，并有助于形成高度堅固的無機-聚合物復合CEI/SEI。

由此得到的低濃度全磷酸酯溶劑電解液不僅展現出寬電勢窗口、不可測量的高閃點、優異的阻燃性和熱穩定性，還能使4.5 V石墨‖LiNi?.?Mn?.?Co?.?O?全電池在高達100°C的極端溫度下穩定運行，并通過了多種嚴格的安全測試。這項工作為設計用于高電壓和高安全LIBs的不可燃電解液提供了新見解，并可廣泛適用于其他電池體系。

圖1. 機制研究

總之，該工作成功設計并合成了一種新型六元環狀磷酸酯HTP，用作溶劑，實現了低鹽濃度且本質不可燃的全磷酸酯電解液。與之前報道的五元環狀磷酸酯相比，關鍵的結構改進——低應變的六元環——被證明從熱力學上增強了其熱穩定性、水分穩定性和化學穩定性，并提高了SEI形成能力。

引入線性磷酸酯共溶劑FTEP，通過2D NMR、DFT計算和AIMD模擬證實，引發了HTP與FTEP之間的H-F偶極-偶極相互作用。這種溶劑-溶劑相互作用顯著削弱了Li?-溶劑的配位，同時加強了Li?-陰離子的配對，從而有效促進了Li?的脫溶劑化，并有助于形成高度堅固的無機-聚合物復合CEI/SEI，使得即使在如此低濃度（即1.2 M）的全磷酸酯電解液中，石墨負極也能實現高度可逆的Li?（脫）嵌和穩定循環。

加之其寬電勢窗口、不可測量的高閃點、優異的阻燃性和熱穩定性，這種低濃度全磷酸酯電解液不僅使4.5 V石墨‖NMCSII全電池能夠在高達100°C的極端溫度下穩定運行，還能在針刺、短路和熱沖擊測試中不產生任何火焰，并顯著推遲了ARC測試中的熱失控時間。

因此，該工作強調了分子工程在增強磷酸酯溶劑的穩定性和SEI形成能力方面的有效性，并為理解溶劑-溶劑相互作用在調控電解液溶劑化中的作用提供了機理上的見解，這為開發面向高電壓和高安全LIBs的本質不可燃低濃度全磷酸酯電解液開辟了新的機遇。

圖2. 電池性能

A Low‐Concentration All‐Phosphate Electrolyte for High‐Voltage and High‐Safety Lithium‐Ion Batteries,Advanced Materials2025 DOI: 10.1002/adma.202521034

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