開發(fā)不易燃有機電解質(zhì)被認為是解決可充電鋰電池安全問題最有價值的策略之一。然而，由于測量條件不一致和缺乏基本參考體系，對電解質(zhì)安全性進行定量和精確的評估仍然具有挑戰(zhàn)性。

在此，中國科學院化學研究所郭玉國教授，武漢理工大學Li Kaiyuan教授、尤雅教授等人通過錐形量熱法表征各種類型的單溶劑電解質(zhì)的熱化學，對有機電解質(zhì)的安全性進行了基準研究，并從總熱釋放（THR）、最大放熱速率（MHRR）、點火時間（TTI）和自熄時間（SET）等多個方面對其安全性進行了評價。

結果表明本質(zhì)安全型有機電解質(zhì)應同時具有低THR、低MHRR、長TTI和短SET等特點。從熱化學的角度來看，多氟化物和磷酸鹽（TMP, DMMP）是不可燃溶劑和阻燃添加劑的最佳選擇。

電解質(zhì)中引入磷酸鹽對低沸點溶劑電解質(zhì)的TTI沒有明顯改善，但對高沸點電解質(zhì)可同時降低THR、MHRR和SET，進一步明顯提高TTI，從而提高整體安全性。

圖1. 燃燒過程中THR和MHRR隨時間變化以及TTI和SET參數(shù)的示意圖以及各種溶劑和電解質(zhì)的MHRR與THR。

因此，將不易燃溶劑與高沸點溶劑（如EC、PC、SUL、ADN和DMSO）相結合的“雞尾酒”療法將是理想的選擇。此外，雖然磷酸鹽對低沸點溶劑電解質(zhì)的TTI影響不大，但其他三個參數(shù)均有明顯改善，說明從綜合角度評價電解質(zhì)的安全性具有重要意義。

此外，硅負極可以阻斷鏈式反應，在燃燒過程中，VTMS和VTES的沸點較低，容易著火。而其他沸點較低的溶劑，如酰胺類（DMF、DMAc）、醚類（Trig、DIG、THF、2Me-THF）、AN、BN等溶劑不適合作為主溶劑或大比例共溶劑。

總的來說，該工作為評估電解質(zhì)的安全性提供了新的見解，揭示了磷酸鹽對電解質(zhì)產(chǎn)生的具體影響，并為先進鋰電池的高安全有機電解質(zhì)提供了全面的設計原則。

圖2. 磷酸鹽對酯類和醚類溶劑可燃性的影響

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