新型阻燃型电解液显著改善钾离子电池安全性能

在新兴的电池储能设备中，钾离子电池作为锂离子电池的理想替代品具有很大的优势，如钾资源丰富，价格低廉，能量密度高，而且钾离子电池的电解液化学活性高有利于电子和离子的传输。但是与锂离子电池一样，钾离子电池在过充、短路或猛烈撞击条件下仍存在会发生着火、爆炸等安全性问题。开发新的阻燃添加剂以及阻燃型钾离子电池电解液是提高电池安全性能的有效策略，但是设计与石墨阳极相适配的电解液仍是一个巨大的挑战。

长春应用化学研究所明军、韩国汉阳大学Yang-Kook Sun等通过加入添加剂设计了一种阻燃型电解液，该电解液与石墨电极具有良好的适配性，实现了高安全性能的钾离子电池。

研究人员发现硫酸乙烯酯等添加剂可以使电解质达到1.0 m磷酸三甲酯中的双（氟磺酰基）亚胺钾电解液首次与石墨阳极相容，而且免于了浓缩电解液的使用。添加剂有效的改变K⁺的溶剂化结构，并影响电极界面上K⁺-溶剂之间的界面作用，并对石墨电极的K⁺-溶剂共插入、K+嵌入等过程产生显著改善作用。

该电解液实现了超高的钾离子储存性能，特别是在石墨|K_0.69CrO₂全电池中。其工作电压在2.25 V，在80 mAh g^-1的循环过程中能够非常好的工作，同时库伦效率保持99.5 %。电池的初始能量密度达到178 Wh kg^-1，能够满足实际工作中70 Wh kg^-1的能量密度需求。这些数据充分证明了这种新设计的电解液的实际应用，其能够显著改善钾离子电池的倍率性能和稳定性能，对于实现钾离子电池的工业化应用具有积极的意义。

参考文献：Gang Liu, Zhen Cao, Lin Zhou, Jiao Zhang, Qujiang Sun, Jang-Yeon Hwang, et al.Additives Engineered Nonflammable Electrolyte for Safer Potassium Ion Batteries, Adv. Funct. Mater. 2020,DOI: 10.1002/adfm.202001934