鋰離子電池是一種二次電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。鋰離子電池由正極、隔膜、負(fù)極、有機電解液和電池外殼組成。目前，商品化鋰離子電池所采用的電解液由有機溶劑以及溶于其中的LiPF₆所組成。其中，有機溶劑通常是以介電常數(shù)為89.6的碳酸乙烯酯(Ethylene carbonates, EC)為基礎(chǔ)的二元或三元混合溶劑，其中，鏈狀碳酸酯、羧酸酯或醚類為共溶劑。這些常用溶劑具有的特點包括：與鋰鹽的溶解性好、所組成的電解液電導(dǎo)率高、能夠在正負(fù)極形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面(solid electrolyte interface, SEI)等特點，因而被認(rèn)為是電解液體系溶劑的最佳選擇。然而，在鋰離子電池的開發(fā)及應(yīng)用過程中，常用碳酸酯電解液會遇到以下兩個方面的問題。

其一，常規(guī)碳酸酯電解液正極穩(wěn)定性差、抗氧化能力弱，嚴(yán)重阻礙了高電壓正極材料的開發(fā)。為了進一步提升鋰離子電池的能量密度，人們開發(fā)了包括高電壓LiNi_0.5Mn_1.5O₄, Li₂MPO₄F(M=Ni, Co)和富鋰錳基固溶體xLi₂MnO₃•(1-x)LiMO₂(M=Ni, Co, Mn)等，具有較高工作電壓的正極材料。它們的充電截止電壓都在4.7 V以上。常規(guī)的碳酸酯電解液在電位達到4.5 V時在高氧化活性的正極材料表面發(fā)生不可逆的氧化分解，生成CO₂、H₂O和聚碳酸乙烯基(PEC)等產(chǎn)物，引起電池脹氣、電極界面組成變化、極化增大等現(xiàn)象，導(dǎo)致高電壓正極材料循環(huán)性能明顯惡化等問題。

其二，常用有機碳酸酯電解液具有閃點低、易燃等特點，是鋰離子電池發(fā)生燃燒和爆炸事故的主要原因。傳統(tǒng)電解液體系的沸點和粘度都較低，相應(yīng)的閃點通常也較低。當(dāng)電池處于過充電、短路、高熱沖擊時，碳酸酯電解液容易被點燃，發(fā)生電池燃燒、甚至爆炸等危險。因此，發(fā)展耐燃電解液，尋找具有高閃點的共溶劑，是提高鋰離子電池安全性的有效途徑。

綜上所述，研發(fā)高電壓耐燃電解液作為大容量鋰離子電池的關(guān)鍵材料是推動電動汽車、儲能電站等新能源技術(shù)領(lǐng)域商業(yè)化應(yīng)用的迫切需求。

1.高電壓電解液

開發(fā)高電壓電解液的技術(shù)途徑主要有兩種，一是在電解液中加入少量具有鈍化正極界面膜作用的高電壓添加劑；二是用具有抗氧化能力強的新型溶劑來全部或部分替代現(xiàn)有的抗氧化性不高的碳酸酯溶劑，如二腈類、砜類、離子液體和氟代溶劑等。

1.1高電壓添加劑

在電池的首周充電過程中，添加劑分子參與并改善正極材料表面界面膜性質(zhì)，形成鈍化的正極界面膜，阻斷電解液與正極表面的直接接觸，抑制電解液組分在充電狀態(tài)下正極表面的氧化分解。目前研究的此類添加劑包括：含草酸根離子的鋰鹽、含磷化合物、磺酸酯以及酸酐類化合物等。

1.2抗氧化性的新型溶劑

新型的抗氧化溶劑也是開發(fā)高電壓電解液的重要方向之一。目前研究的抗氧化性溶劑主要包括二腈類、砜類、離子液體和氟代溶劑，人們對這四類抗氧化性溶劑用于高電壓電解液的可行性進行了大量深入的探索。研究發(fā)現(xiàn)，二腈類溶劑如戊二腈(GLN)和己二腈(AND)的電化學(xué)窗口寬達8 V以上氧化分解電位約為8.3 V vs. Li^＋/Li，顯示出超高的正極穩(wěn)定性。

2.基于阻燃添加劑的阻燃電解液

2.1含磷元素阻燃添加劑

鋰離子電池阻燃電解液研究最早和最多的一類阻燃劑是含磷元素的有機阻燃添加劑，主要分為（鹵代）磷酸酯類阻燃添加劑、（鹵代）亞磷酸酯類阻燃添加劑、（鹵代）膦酸酯類阻燃添加劑、磷腈類阻燃添加劑等。

2.2其它類型阻燃添加劑

其它類型阻燃添加劑主要有硅烷類阻燃添加劑、三嗪類阻燃添加劑、離子液體類阻燃添加劑、氟代烷氧烴（氟醚類）阻燃添加劑、雙酚類阻燃添加劑、全氟烷酮、烯丙基三(2, 2, 2-三氟乙基)碳酸酯[allyl tris(2, 2, 2-trifluoroethyl) carbonate, ATFEC]。硅烷類有機阻燃劑由于具有熱穩(wěn)定性高、可燃性低、毒性小、電導(dǎo)率和分解電壓高等特性，在鋰離子電池新型電解液領(lǐng)域備受關(guān)注。

3.基于阻燃溶劑（共溶劑）的阻燃電解液

3.1含磷元素阻燃溶劑（共溶劑）

含磷化合物作為阻燃添加劑，在某些條件下其阻燃效果可能達不到電池的使用需求，因此需要增加含磷化合物的含量作為電解液的阻燃共溶劑，但是總體上各類的含磷化合物與電極材料兼容性較差，作為溶劑使用難度較大。相比之下，氟代磷酸酯類化合物與電極材料兼容性更好（利于穩(wěn)定SEI膜）、阻燃效果更佳（用量少）、黏度低，作為電解液共溶劑更受關(guān)注，如：三(2, 2, 2-三氟乙基)磷酸酯[tris(2, 2, 2-trifluoroethyl)phosphate, TFP]，二(2, 2, 2-三氟乙基)-甲基磷酸酯[bis(2, 2, 2-trifluoroethyl) methyl phosphate, BMP]等。

3.2其它類型阻燃溶劑（共溶劑）

氟代醚類和氟代碳酸酯類有機化合物由于其閃點高或者是沒有閃點，作為阻燃溶劑是通過稀釋高揮發(fā)和易燃性共溶劑起作用，所以在阻燃電解液中占比較大（通常>70%）。另外，借助氟元素的吸電子效應(yīng)，該類氟代化合物溶劑分子更容易在碳基負(fù)極表面還原，優(yōu)化SEI膜，改進阻燃電解液與電極材料的電化學(xué)兼容性，提高電池的性能。

4.基于高濃度鋰鹽的阻燃電解液

“高濃度電解液”是一類備受關(guān)注的電解液體系，其鋰鹽濃度高達4 mol/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通電解液鋰鹽濃度（通常為1 mol/L）。在高濃度電解液中，幾乎所有溶劑都與鋰離子直接配位，使其具有以下優(yōu)點：高氧化/還原穩(wěn)定性、利于在石墨負(fù)極或金屬鋰負(fù)極形成高穩(wěn)定界面膜、高熱穩(wěn)定性、阻燃或者不燃，高電壓下鈍化正極鋁集流體。

5.基于離子液體的阻燃電解液

離子液體由陰、陽離子兩部分組成。離子液體具有揮發(fā)性極小、不燃、電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬、溶解能力強、熱穩(wěn)定性高等特點，既適合應(yīng)用于高電壓電解液，又適合制備阻燃型電解液，提高鋰離子電池安全性。但是，一方面純離子液體存在黏度大，與隔膜、電極材料的浸潤性差，鋰離子的遷移將受到極大限制；同時，大多數(shù)離子液體與碳基負(fù)極的兼容性較差。因此純離子液體較難直接作為電解液用于鋰離子電池。

6.阻燃型凝膠聚合物電解質(zhì)

阻燃型凝膠聚合物電解質(zhì)是由聚合物基體，增塑劑和電解質(zhì)鋰鹽通過溶液澆注法，相轉(zhuǎn)化法，化學(xué)交聯(lián)等方法形成的具有某種微孔結(jié)構(gòu)的凝膠聚合物網(wǎng)絡(luò)體系，液態(tài)電解質(zhì)分子被固定在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，以此來實現(xiàn)離子傳導(dǎo)。

7.結(jié)論與展望

高安全性阻燃電解液的發(fā)展是鋰離子電池大規(guī)模推廣應(yīng)用過程中至關(guān)重要的一環(huán)。目前，阻燃型電解液的使用通常能夠提高鋰離子電池的安全性能，但會犧牲一部分鋰離子電池的電化學(xué)性能?？偟膩碚f，鋰離子電池電解液在未來的發(fā)展包括以下幾個方面：

（1）發(fā)展電極界面兼容性優(yōu)異的多功能阻燃添加劑或阻燃溶劑。

（2）發(fā)展更多電極界面兼容性優(yōu)異的高濃度阻燃電解液體系。

（3）開發(fā)新型低黏度阻燃型離子液體基阻燃電解液；或開發(fā)性能優(yōu)異的阻燃型凝膠聚合物電解質(zhì)。

（4）不能單純只評估阻燃電解液的阻燃效果，還需在大容量電池中全面評估阻燃電解液的實用性，包括電化學(xué)性能測試、濫用性測試、熱安全性測試（ARC設(shè)備）等。