對電動汽車安全性的擔憂是阻礙人們購買電動汽車的重要原因之一，實際上在大多數(shù)情況下鋰離子電池的安全性是非常高的，但是這并不能阻止我們對鋰離子電池更高安全性的追求，通常而言我們認為熱失控的誘發(fā)原因重要是高溫導致正負極活性物質(zhì)熱分解，進而導致電解液的氧化分解，例如美國NASA的測試表明一只18650電池在考慮電解液燃燒的情況下最多可以釋放出119-175kJ能量，但是實際上存儲在電池內(nèi)的電能還不到50kJ，多出來的這部分能量中有約40kJ是活性物質(zhì)分解出現(xiàn)的，剩余部分則電解液燃燒出現(xiàn)。

不難看出在發(fā)生熱失控時，電解液是影響鋰離子電池安全性的重要因素，因此人們嘗試開發(fā)了多款不燃電解液，例如離子液體、氟化溶劑電解液等，但是因為成本等因素這些電解液始終沒有得到廣泛的應用。近年來興起的全固態(tài)電解質(zhì)也是解決這一問題的一種途徑，但是因為離子電導率低、界面接觸差等問題，全固態(tài)電解質(zhì)仍然處在實驗室階段。磷酸酯類溶劑，例如三磷酸三甲酯（TMP），磷酸三乙酯（TEP）等，由于具有更廣的使用溫度范圍，良好的Li鹽溶解性，較低的粘度和寬電化學窗口，使得磷酸酯類溶劑成為不燃電解液的良好的選擇，但是磷酸酯類溶劑存在一個問題——無法在負極表面形成穩(wěn)定的SEI膜，導致石墨負極分層和剝落，同時由于石墨負極表面極強的催化用途，會導致磷酸酯類溶劑持續(xù)的分解，這也成為磷酸酯類電解液應用繞不過去的坎。

為了解決磷酸酯類電解液的這一問題，武漢大學的ZiqiZeng（第一作者）和KeeSungHan（通訊作者）、Ji-GuangZhang（通訊作者）提出了一種高Li／溶劑摩爾比（1:2）的磷酸酯類電解液，由于電解液中的大部分溶劑分子與Li+形成溶劑化結(jié)構(gòu)，從而抑制了溶劑分子與石墨負極的副反應的發(fā)生，從而極大的提高了鋰離子電池的庫倫效率（18650電池庫倫效率可達99.7%）和循環(huán)壽命。

上圖為采用不同Li/溶劑摩爾比的LiFSI-TEP電解液在石墨負極表面的循環(huán)伏安曲線，從測試曲線來看在Li／溶劑摩爾比為1：5和1:3時電解液會在0.8V負極發(fā)生明顯的分解，但是當Li／溶劑摩爾提高到1:2后電解液在0.8V附近的分解電流峰就消失，這表明提高Li／溶劑摩爾比能夠有效的提升磷酸酯類溶劑在石墨表面的穩(wěn)定性。

下圖為采Li／溶劑摩爾比分別為1:1和1:2的LiFSI-TEP電解液在Li/石墨半電池中的首次充放電效率，可以看到兩種電解液的半電池的首次可逆容量分別為250mAh/g和331mAh/g，首次庫倫效率分別為77%和74%，表明較高的Li／溶劑摩爾比能夠很好的抑制溶劑在石墨負極表面的分解，Li／溶劑摩爾比為1:1的電解液可逆容量較低重要是因為電解液粘度較大、電導率較低造成的。為了形成更加穩(wěn)定的SEI膜，作者還向電解液中添加了少量的成膜添加劑（5%的FEC和0.05mol／L的LiBOB），從而使得石墨負極半電池的首次效率提高到了85%。

高Li／溶劑摩爾比的電解液也顯示出了良好的循環(huán)性能，從下圖能夠看到石墨負極在Li／溶劑摩爾比為1:2的電解液中循環(huán)100次容量保持率可達74%，而添加了FEC和LiBOB成膜添加劑的磷酸酯類電解液則表現(xiàn)出了更加穩(wěn)定的循環(huán)性能，循環(huán)100次容量保持率可達91%，循環(huán)中庫倫效率可達99.8%，這一結(jié)果已經(jīng)幾乎能夠與碳酸酯類電解液相媲美了。機理研究發(fā)現(xiàn)，在添加FEC和LiBOB的電解液中形成的SEI膜中LiF含量更高（FEC分解產(chǎn)物）和有機低聚物含量增多（LiBOB分解出現(xiàn)），這種致密的有機-無機復合SEI膜能夠更好的減少TEP與石墨接觸，從而減少磷酸酯溶劑的分解，提升負極的循環(huán)壽命和庫倫效率。

為了驗證上述的不可燃電解液在全電池中的性能，ZiqiZeng采用LCO正極和石墨負極18650電池對添加了FEC和LiBOB成膜添加劑的磷酸酯類電解液進行了測試，下圖為電池在0.05C倍率下進行循環(huán)的數(shù)據(jù)，從圖中能夠看到全電池在循環(huán)50次后容量保持率為90%（采用碳酸酯類電解液的電池容量保持率為94%左右），充放電庫倫效率達到99.7%。

雖然在循環(huán)性能上這款磷酸酯類不燃電解液與商業(yè)碳酸酯類電解液相比還有一定差距，但是這款不燃電解液的使用卻極大的提升了鋰離子電池的安全性能，在短路、針刺和擠壓試驗中，采用不燃電解液的18650電池通過了所有測試，而采用商業(yè)碳酸酯類電解液的電池僅僅通過了擠壓測試，特別是針刺試驗中采用不燃電解液的電池保持了結(jié)構(gòu)的完整（下圖中間電池），沒有發(fā)生燃燒，而采用商業(yè)碳酸酯類電解液的電池在針刺試驗中則發(fā)生了起火，整個電池被燒毀（下圖低部電池）。

ZiqiZeng通過采用高Li／溶劑摩爾比，提高了溶劑分子的溶劑化比例，從而極大的提高了磷酸酯類電解液在石墨負極表面的穩(wěn)定性，提升了充放電庫倫效率和循環(huán)性能，使得磷酸酯類電解液具有了與碳酸酯類電解液相媲美的性能，同時磷酸酯類電解液的不燃特性也大大提高了鋰離子電池的安全屬性，幫助鋰離子電池順利通過擠壓、針刺和短路試驗。