郑州大学「青年长江」郭玮AFM | 无碳酸乙烯酯电解质用于宽温域4.5V锂离子电池!

碳酸乙烯酯（EC）是锂离子电池中在石墨负极上建立稳定固态电解质界面（SEI）的关键溶剂。然而，其在 >4.3 V vs. Li/Li⁺ 时会发生分解，并且其高熔点（36.4°C）严重限制了其在宽温域（从 -20°C 到 60°C）场景下的适用性。虽然用高耐压溶剂替代EC部分缓解了这些限制，但缺乏稳健的SEI形成不可避免地会导致石墨剥离和电解质分解。

在此，郑州大学郭玮团队提出了一种低配位数溶剂，即碳酸甲乙酯（EMC），它有助于构建阴离子主导的溶剂化鞘层，随后通过引入一种耐高压、宽温域且性质类似于EC的溶剂来优化溶剂化结构。

该方法协同整合了界面化学和溶剂化热力学，从而同时实现了SEI稳定性和高离子传输动力学。所开发的电解质展现出卓越的热稳定性、增强的界面相容性和优异的高压耐受性，使得石墨（Gr）|LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂（NCM811）全电池能够在4.5 V下稳定循环。

图1. 电极结构表征

总之，该工作开发了一种用于4.5 V石墨|NCM811电池的先进电解质，该电解质针对宽温域使用进行了优化。通过使用像EMC这样的弱溶剂，团队可以调控阴离子溶剂化，结合LiFSI和LiDFOB来创建富含无机物的界面以保护电极。同时，具有宽温域和高电压稳定性的强溶剂，如PC和EiPS，在溶剂化鞘层中替代部分EMC，以提高电导率并增强电解质对极端温度和高电压的耐受性。

EPE37电解质使4.5 V石墨|NCM811全电池在660次循环后仍保持80%的初始容量，软包电池在1670次循环后保持83%的初始容量。这项工作为设计适用于高电压、宽温域应用的电解质提供了一种新方法，为电解质化学的进一步创新铺平了道路。

图2. 电池性能

Ethylene Carbonate Free Electrolyte for Wide‐Temperature 4.5 V Lithium‐Ion Battery, Advanced Functional Materials 2026 DOI: 10.1002/adfm.202531443

郭玮，郑州大学教授、博士生导师， 研究方向：新型电化学能源材料，水系有机电池材料