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氢能与储能材料科研团队围绕新型电解液添加剂的设计及调控机制开展了一系列原创性研究，首次组装Ah级软包电池实现能量密度超过300 Wh kg⁻¹。相关成果发表在材料科学领域国际顶级期刊《Materials Today》(中科院一区TOP，IF为22.0)和《ACS Energy Letters》(中科院一区TOP，IF为18.2)上。我校为第一通讯单位，博士生李亮为第一作者，姜智鹏副教授和李永涛教授为共同通讯作者。
电解液在电池中承担着离子传输与界面调控的核心作用，其化学组成与稳定性在很大程度上决定了电池的能量密度、安全性和循环寿命。随着高电压正极、高容量负极以及宽温区运行需求的不断增长，传统电解液体系在化学稳定性与界面兼容性方面面临严峻挑战。为此，通过在电解液中引入具有特定化学功能的添加剂，被认为是一种简便而高效的性能调控策略。添加剂能够在分子层面调节电解液的理化性质与界面反应行为，从而提升电池的循环稳定性、安全性及环境适应性。然而，不同添加剂在复杂电化学环境中的作用往往交织且难以预测，其真正的调控机制仍不够清晰，这使得如何实现添加剂的精准设计与协同优化成为当前研究中的重要挑战。
无钴锂镍锰氧化物（LiNi0.5Mn1.5O4，LNMO）正极因其高工作电压（约4.7 V）和低成本，被认为是高能量密度储能系统的理想候选。然而，传统碳酸酯电解液难以在高电压下保持稳定，且与电极兼容性差，限制了其实际应用。因此，团队提出一种协同抑制策略，在常规电解液中引入两种硅基添加剂——三乙基硅基三氟甲磺酸酯（TESOTf）与三（三甲基硅氧基）硼酸酯（TMSB），实现了Li-LNMO电池在4.9 V高电压下的稳定循环。研究表明，TMSB可络合游离的六氟磷酸根阴离子（PF6⁻），而TESOTf优先与痕量水反应，从而抑制锂盐六氟磷酸锂（LiPF6）的水解及氢氟酸（HF）的生成，减少正极副反应。电化学测试表明，该电解液显著提升了Li-LNMO电池的倍率性能（10C下85.2 mAh g⁻¹）、循环寿命（5C循环500次容量保持80%）及高温稳定性（60°C、5C循环300次）。基于此策略组装的3 AhLi-LNMO软包电池能量密度超过300 Wh kg⁻¹。该研究不仅揭示了硅基添加剂在高电压正极保护中的协同作用机制，也为高能量密度锂电池的开发提供了新路径。
（硅基添加剂在Li-LNMO电池中的协同抑制机理示意图）
（硅基添加剂的作用机理研究及全电池性能测试）
有机电解液的易燃性是锂离子电池安全性的关键挑战之一，传统提高电解液安全性的策略通常依赖大量含氟阻燃剂，但这会牺牲离子电导率并引发环境问题。基于这种思考，团队开发了一种液体有机锑化合物——三乙醇锑（Sb(OEt)₃），作为电解液的阻燃增效剂，仅添加0.5 vol%的Sb(OEt)₃与5 vol%的氟代碳酸乙烯酯（FEC）搭配，即可显著提升电解液的阻燃性，并改善其电化学性能。机理研究表明，Sb(OEt)₃在热分解过程中能生成Sb₂O₃，该产物可催化FEC的脱氟反应，降低氟自由基（F·）的生成能垒，从而中断燃烧链反应，抑制火焰传播。此外，Sb(OEt)₃的引入还改善了Li–石墨（Gr）和Li–NCM811半电池的循环稳定性与倍率性能。基于该电解液组装的3 Ah Gr–NCM811软包电池在500次循环后容量保持率高达85.6%，针刺与加速量热测试进一步验证了Sb(OEt)₃的阻燃协同效应。该研究为新型阻燃机制的探索及高安全锂电池的开发提供了重要思路。
（不同电解液安全性的对比示意图）
（锑基阻燃增效剂的作用机理研究及电池安全性测试）
以上研究工作得到国家自然科学基金、安徽省自然科学基金及安徽省高校自然科学研究计划等项目的资助支持。（撰稿：顾京宇 审核：赵何腹 李永涛)
论文链接：//doi.org/10.1016/j.mattod.2025.09.022
//pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c01847
