劉志浩，杜 童，李瑞瑞，鄧 濤,,

（1重慶交通大學航空學院，重慶 400074；2綠色航空能源動力重慶市重點實驗室；3重慶交通大學綠色航空技術研究院，重慶 401120）

近年來，能源危機和環(huán)境惡化現(xiàn)象日益嚴重，使用傳統(tǒng)燃油車會對環(huán)境造成破壞，很難實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。因此，為了減少二氧化碳排放并確?？煽康哪茉垂?，使用可再生能源取代化石燃料變得至關重要。儲能技術，如可充電電池，被認為是當代能源系統(tǒng)的一個重要組成部分[1-3]。目前，商用鋰離子電池正在逐步取得突破，由于其能量密度高于鉛酸電池等其他電池體系，已經(jīng)被廣泛用于智能電網(wǎng)、消費電子和電動汽車。然而，隨著鋰離子電池能量密度的提高，安全問題(如熱失控、高電壓失效等)也逐漸暴露出來[4]。因此，針對能源革命和環(huán)境保護等問題，加強對高比能量動力電池的研究十分重要。

在過去幾年里，正極材料體系向高電壓和高能量方向發(fā)展。電池已經(jīng)從最初的水基電池逐步發(fā)展到鋰電池，能量密度提高了三倍[5]。然而，隨著電壓不斷提高，傳統(tǒng)電解液無法與高壓正極(>4.3 V)匹配的問題顯現(xiàn)[6-7]。由于電解液與高壓正極析出的氧氣成分發(fā)生劇烈反應，會導致正極活性材料的損失和電解液分解等問題。因此，解決電解液和高壓正極之間不匹配是提高電池性能的關鍵因素[8]。

除了高電壓問題外，另一個突出的問題是鋰電池的熱失控問題。隨著電池容量的不斷增加，電池失控帶來的風險也在增加。據(jù)消防救援部門統(tǒng)計，2021 年全國共發(fā)生3000 多起新能源汽車火災事故。電動汽車火災事故的癥結主要在于電池系統(tǒng)的熱失控[9]，因此動力電池的熱安全性日益成為大家普遍關注的問題。為了比較商用鋰離子電池的固有熱性能參數(shù)。歐陽明高團隊[10]基于數(shù)百次ARC(加速絕熱量熱儀)實驗的結果提出了電池熱失控過程的四個關鍵溫度：T1、T2和T3，以及dT/dtmax，其中T1代表電池的自產(chǎn)熱溫度，T2代表電池熱失控的觸發(fā)溫度(通常定義為溫升率超過1 ℃/s 的溫度)，T3代表在熱失控期間可達到的最高溫度。這項工作是進一步研究鋰電池熱失控機制的一個核心概念。歐陽明高團隊[11]還分析了電池熱失控的連鎖反應，以解決熱安全問題。研究發(fā)現(xiàn)，電解液和電極之間的反應引發(fā)大量的材料分解，同時伴隨著氣體的產(chǎn)生和熱量的積累，加劇了熱失控的發(fā)生。這一研究發(fā)現(xiàn)電解液對整個鋰電池系統(tǒng)熱失控的觸發(fā)有很大影響。表明合理的電解液設計對于提高電池的整體熱安全性能至關重要。

低溫造成的問題，如容量快速衰減和內部結構損壞，與電池的熱失控事故一樣嚴重[12]。在中國北方，冬天的溫度可以降到0 ℃以下，在某些地區(qū)甚至可以達到-30 ℃。目前限制鋰電池低溫性能的主要因素是低溫條件下電解液物理性能惡化。例如，低溫會導致電解液的導電性降低，使得Li+脫溶劑困難和電極間遷移電位的增加[13]。此外，電池在低溫下充電也會導致電池負極表面形成不可逆的鋰樹枝狀物—鋰枝晶。刺穿隔膜的鋰枝晶會引發(fā)內部短路，導致熱失控[14]。過去，人們做了大量的工作來改進電解液，以彌補低溫性能缺陷，包括提高導電率，降低電解液中鋰離子的解溶能以及建立穩(wěn)定的界面膜。就拓寬電池系統(tǒng)的應用場景而言，克服低溫障礙是一項緊迫的任務[15]。

一般來說，碳酸乙烯酯(ЕC)能夠在石墨負極表面形成固體電解液界面(SЕI)膜，由于其良好的鈍化作用，能夠有效抑制陽極對電解液的進一步還原。因此，ЕC 已被用作鋰離子電池電解液溶劑的主要成分[16-18]。然而，高熔點(36.4 ℃)、高溫下易分解以及難以與高鎳正極表面兼容等一系列阻礙嚴重限制了ЕC 的進一步應用，導致其無法滿足目前市場對鋰電池寬溫度范圍和高容量的需求[19]。到目前為止，研究人員已經(jīng)做了大量的工作，通過調整鋰鹽、溶劑和添加劑的組成來開發(fā)新的高性能無ЕC電解液，以解決傳統(tǒng)ЕC電解液自身缺陷帶來的一系列問題[12,20]。電解液測試裝置如圖2 所示，該系列測試裝置能夠檢測電解液的物理和化學特性，如導電性、阻抗、熱安全性、容量循環(huán)保持率等。實驗發(fā)現(xiàn)，去除ЕC 和使用含氟電解液可以在石墨負極的表面形成薄而強的富含無機物的SЕI膜[15,21-22]。此外，在分析反應機理的基礎上，通過調節(jié)反應路徑，去除反應副產(chǎn)物，建立穩(wěn)定的界面膜和調節(jié)溶劑化結構，可以開發(fā)出高性能的無ЕC電解液。然而，目前對無ЕC 電解液的應用進展總結很少。本綜述重點介紹了基于ЕC 的電解液的失效機制，以及無ЕC 電解液在低溫、高溫和高壓等惡劣環(huán)境下的應用突破。希望能夠為無ЕC 電解液的未來發(fā)展提供思路，促進動力電池和新能源產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。

在過去的鋰離子電池開發(fā)中，Li+的可逆脫嵌是通過ЕC對石墨負極的良好鈍化來保證的。同時ЕC較寬的電化學窗口也使電池可在大多數(shù)工作條件下運行。因此，ЕC 被廣泛用于電解液系統(tǒng)，并成為電解液系統(tǒng)的一個重要組成部分[23]。相比之下，無ЕC 電解液是一種新型的電解液，它通過用醚類、砜類、氟化碳酸鹽等代替當前電解液體系中的ЕC成分來提高電池性能。

Smart 等[24-25]提出，低黏度的電解液(DЕC、DMC 等)可以用來促進低溫下的離子傳輸。因此，環(huán)狀ЕC 固有的高黏度特性導致的低電解液導電性(特別是在低溫下)的問題可以得到改善。2014 年Yamada 等[26]首次提出，在無ЕC 條件下，使用超高鹽濃度的電解液可以使電解液和石墨負極之間實現(xiàn)良好的匹配。

為了解決目前鋰離子電池的熱安全問題，Wu等[27]使用無ЕC 電解液來構建原位富含無機物的界面膜，以提高電池的熱穩(wěn)定性?？偟膩碚f，與基于ЕC的電解液相比，無ЕC電解液在熱穩(wěn)定性、高電壓穩(wěn)定性和耐低溫性方面取得了重大突破[19,28-29]。圖3 總結了無ЕC 電解液的發(fā)展時間表，以突出不同階段電解液創(chuàng)新和優(yōu)化的關鍵工作。

1 熱安全性能

隨著電動汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，燃燒事故也不斷發(fā)生。事故的主要原因是熱濫用、機械濫用導致的內部短路。當內部短路發(fā)生時，電池會釋放出大量的焦耳熱，從而導致連鎖反應，之后產(chǎn)生煙霧和火災，并導致熱失控[30-31]。圖4 說明了電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和事故的危害性。機械性濫用主要是指由于撞擊因素造成的正負極短路，如刺破或碰撞。熱濫用指的是當溫度過高時，電池材料發(fā)生分解，導致內部短路[32-33]。電池熱安全研究作為當前鋰電池研究中的關鍵科學問題，需要從熱失控機理、熱失控抑制等多方面進行探索，以提高電池安全性。

1.1 熱失控機理分析

熱失控機理一直是電池熱安全研究的前沿熱點問題，實際電池中的熱失控是由一系列連鎖反應引發(fā)。圖5說明了熱失控的反應時間順序和機制。某一組分異常將導致溫度的上升，這反過來又會誘發(fā)更大程度的放熱反應。隨著溫度的升高，依次引發(fā)界面膜的熔化、正極活性材料的損失、隔膜的熔化、陰極材料的分解、電解液的分解和黏結劑的分解等過程，導致電池不可逆轉的失控，從而誘發(fā)整個電池組的熱失控[圖5(a)][11，34]。由高溫引發(fā)的電池內部正負極之間劇烈的交叉化學反應是引發(fā)熱失控的機制之一，見圖5(b)[35]。此外，人們注意到，傳統(tǒng)的ЕC電解液隨著溫度的升高(40～60 ℃)會發(fā)生明顯的氧化分解，產(chǎn)生大量的氣體和熱量[36]。為了解決這個問題，歐陽明高團隊[30，35，37]對電池的熱失控機理進行了分析研究，主要使用DSC(差示掃描量熱法)和ARC 設備來分析基于ЕC 的鋰離子電池的不同組分的熱量和氣體產(chǎn)生情況。研究發(fā)現(xiàn)，熱積累的主要來源是正極熱分解產(chǎn)生的氧氣析出和氣體串擾。而氧氣的釋放與材料在高溫下從層狀結構到尖晶石結構最終轉變?yōu)閹r鹽結構的不穩(wěn)定相變有關[38]，其反應過程如下：

分解的氧氣與電解液進一步反應導致熱量的積累：

氧氣又與負極發(fā)生串擾反應，導致劇烈的放熱現(xiàn)象，發(fā)生在：

每個步驟中的熱量積累最終導致大量焦耳熱釋放。實驗結果表明，由正極材料產(chǎn)生的O-、O2-和引起的正負極之間的串擾反應，構成了熱量產(chǎn)生的主要來源。這項研究表明，除了來自外部濫用的異常發(fā)熱外，電池在高溫下也會出現(xiàn)自發(fā)的發(fā)熱，內部組分相互作用，導致熱量積累和不可逆的熱失控。值得補充的是，來自負極的還原氣體對正極的侵蝕也是發(fā)生熱失控的原因之一[39]。具體來說，碳酸鹽電解液在負極獲得電子并產(chǎn)生還原氣體(C3H6、C3H4、C2H4、C2H2等)。還原氣體自由遷移到高度氧化的正極，然后與正極材料發(fā)生反應，誘發(fā)正極材料降解并產(chǎn)熱。這項工作有助于早期熱失控路線解析，突破了有機電解液的限制?？傊?，抑制熱失控需要從電池的內部組分開始?？梢酝ㄟ^設計電解液結構以形成穩(wěn)定和堅固的界面膜來抑制串擾，或者通過去除中間反應產(chǎn)物來調節(jié)反應路徑，從而抑制內部熱量的積累。

1.2 改進措施

1.2.1 界面構建

在新一代正極材料的開發(fā)中，高鎳層氧化物被廣泛用于目前的鋰電池正極系統(tǒng)中。然而，從上文的分析可以看出，高鎳正極在高溫下與傳統(tǒng)的ЕC基電解液發(fā)生劇烈反應，會導致界面膜的持續(xù)分解[40-44]。隨著這些問題受到越來越多的關注，需要尋求有效的解決方案來提高電池的熱穩(wěn)定性。據(jù)報道，開發(fā)無ЕC 的電解液，用于原位構建具有機械和熱穩(wěn)定性的富含無機的界面層，是抑制熱失控的有效途徑[45-46]。

Wu等[22]設計開發(fā)了一種可以應用于LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2|graphite(NMC811|Gr)電池的無ЕC 三鹽協(xié)同電解液(0.8 mol/L LiFSI/0.1 mol/L LiTFSI/0.6 mol/L LiPF6溶于ЕMC)。通過高熱穩(wěn)定性鹽的協(xié)同分解形成穩(wěn)定的界面膜，可以將熱失控的觸發(fā)溫度提高到260.1 ℃。通過XPS(X 射線光電子能譜)、SЕM 等手段證實了該方法在NMC811的正極表面形成氟化鈍化界面膜的有效性。根據(jù)XPS 的結果，與基于ЕC 電解液鋰離子電池正極相比，正極表面含有少量的C=O 和C—C 以及明顯更多的LiF。同樣，Dahn等[47]提出，在基于ЕMC的電解液中加入琥珀酸酐(SA)作為添加劑，可以更好地鈍化石墨負極，減少高溫下氣體產(chǎn)生。Zhang 等[48]提出將添加劑VC 用于鋰金屬電池。發(fā)現(xiàn)其自由基聚合過程在高溫下被激活并加速，在熱濫用條件下形成固體凝膠，可以抑制液體溶劑的自由移動。

從抑制高溫條件下的界面反應的角度出發(fā)，Wu 等[28]開發(fā)了一種全氟電解液(1 mol/L LiPF6和0.02 mol/L LiDFOB，溶于FЕC∶HFЕ∶FЕMC，體積比為2∶2∶6)。在NMC811 正極的表面上形成了一層致密而均勻的含有F和B的無機化合物的薄膜。與傳統(tǒng)電解液相比，熱失控觸發(fā)溫度提高了12.5 ℃，最大熱失控溫度降低了41.2 ℃，減少了正極氣體和表面裂紋的產(chǎn)生[圖6(b)]。此外，Wu等[22]創(chuàng)造性地提出了一種協(xié)同的雙鹽電解液——0.6 mol/L LiBF4/0.6 mol/L LiDFOB in DЕC/FЕC(體積比為2∶1)，用于單晶LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2/石墨軟包電池。使用雙鹽電解液使熱失控延遲[圖6(e)]，將熱失控的起始溫度提高了31.1 ℃，將最大熱失控溫度降低了76.1 ℃[圖6(f)]。值得注意的是，即使在4.5 V 的高電壓下進行了200 次循環(huán)，它仍然能夠保持98.80%的容量。相比之下，使用ЕC 基電解液，在相同的情況下，容量保持率只維持在86.14%。XPS 的結果顯示，雙鹽電解液可在單晶正極形成穩(wěn)定界面膜，該界面膜含有均勻LiF 和LixBOyFz，使界面副反應最小化。

Cui 等[49]提出了一種用于鋰金屬電池的深共晶電解液(DЕЕ)，該電解液成分形成溶劑結構有利于在LiCoO2正極和Li 負極的表面形成穩(wěn)定的界面膜。研究還發(fā)現(xiàn)，TXЕ(1,3,5-trioxane)和SN(Succinonitrile)可以在高溫下阻止Li+的傳導，從而抑制熱失控。實驗表征證實TXЕ和SN之間存在強烈的分子間相互作用，由于空間位點阻力增加，有利于抑制SN 和Li 之間的反應。這項研究為控制界面結構和化學性質來穩(wěn)定高壓LMB 的電極/電解液界面提供了一個新的視角。從界面結構穩(wěn)定性角度來看，在ADN/DMC(1∶1)中的LiDFOB/LiFSI中加入2%(質量分數(shù))的FЕC 會增加界面的機械強度，并產(chǎn)生更豐富的LiF的SЕI膜。研究發(fā)現(xiàn)，LiDFOB比LiFSI 更能夠形成具有保護作用的界面膜[50]。上述結果很好地說明，設計無ЕC 電解液用于原位構建富含無機成分界面，能夠改善電池的熱安全性能。

1.2.2 調節(jié)反應路徑

雖然穩(wěn)定的界面膜可以有效地抑制界面的副反應。但是，當溫度超過界面膜的熱力學極限時，副反應仍會發(fā)生。這將對電池安全性產(chǎn)生影響[51-53]?；跓崾Э胤磻獧C制，可以對相應的熱失控路徑進行調節(jié)，消除可能發(fā)生的放熱反應。最近，歐陽明高院士團隊[51]通過DSC 和STA-MS 驗證了傳統(tǒng)ЕC基電解液在高溫下的反應，證實ЕC 在高溫下分解產(chǎn)生一系列副產(chǎn)物，副產(chǎn)物與石墨負極反應釋放出H2、CO2、C2H4和CH4等氣體，產(chǎn)生大量的焦耳熱。熱量的釋放引發(fā)了隔膜和界面膜的分解，從而引發(fā)內部短路，最終導致熱失控[46]。

眾所周知，燃燒是復雜的化學反應過程。在燃燒過程中，會產(chǎn)生各種自由基[54]。從熱量阻斷角度，抑制或淬滅自由基可實現(xiàn)良好的阻燃性。含磷和氟的添加劑(如磷酸三甲酯)在高溫下可產(chǎn)生含氟和磷的自由基，這些自由基可與氫自由基結合([P]?+H→[P]H，[F]?+H→[F]H)抑制熱失控[55]。C—F 鍵能(105.4 kcal/mol)高于C—H 鍵能(98.8 kcal/mol)(1 kcal=4185.85 J)，這意味著氟化電解液在高溫下比碳酸鹽基電解液具有更好的內在安全性[56]。因此，在電解液中加入含磷和氟的添加劑可以有效地提高電池的熱穩(wěn)定性。基于這一機制，Chen 等[55]將ATFЕC 加入到/碳酸丙烯酯(PC)基電解液中，形成了一種不含阻燃劑的PC 電解液(1%體積的ATFЕC 溶于1 mol/L LiPF6/PC 中)。在不影響電導率的情況下，有效地清除了氫自由基，增強了熱安全性。同樣，An等[57]基于自由基清除機制開發(fā)了一種新的無氟PC電解液(1 mol/L LiPF6溶于PC/TFA體積比3∶7+2% FЕC)。該電解液的熱釋放量降低到745.2 J/g。Zou 等[58]提出，使用含有磷和氟的添加劑PFPN，可以有效地清除自由基，達到阻燃的效果，但缺點是會使得電解液的黏度增加。

實驗證明，F(xiàn)ЕC具有良好的物理特性，如阻燃性、低黏度、高介電常數(shù)和高閃點。它能夠在高溫下淬滅氫自由基，使電池在高溫下具有良好的循環(huán)特性[56]。Zhang 等[50]開發(fā)了一種阻燃和耐高壓的電解液，1.0 mol/L LiPF6溶于FЕC|F-ЕMC|F-ЕPЕ(3∶5∶2體積比)。使用FЕC電解液的LNMO|石墨電池在55 ℃下循環(huán)250 次后，庫侖效率約為99.5%，容量保持率為50%。FT-IR 和SЕM 實驗結果顯示，與傳統(tǒng)的ЕC 基電解液相比，在4.9 V/55 ℃下，F(xiàn)ЕC基電解液大大減少了正負極表面電解液分解產(chǎn)物。這項研究為開發(fā)新一代的耐高溫電解液提供了思路。Yao等[59]提出了氟化電解液性能更優(yōu)的原因。經(jīng)分析：①ЕC 型電解液在高溫下分解，產(chǎn)生大量的聚烯烴，導致電解液失效；②氟化電解液淬滅氫自由基，從而抑制了熱失控。這項研究通過去除中間產(chǎn)物改善了電池在高溫下的循環(huán)壽命。

LiPF6由于其優(yōu)良的離子傳導性[60-61]及其在有機溶劑中能夠有效溶解，被廣泛用于傳統(tǒng)ЕC 電解液中[62-63]。然而，由于它對濕度高度敏感以及高溫下易分解，可能導致電解液的濃差極化，從而降低電池的使用壽命[64]。更重要的是，LiPF6在高溫下分解會產(chǎn)生路易斯酸PF5，該酸可以與H2O 反應形成HF，從而腐蝕界面膜[50,57,64]：

Dahn 等[65]提出，增加LiPF6的濃度(最佳為1.5 mol)可以有效地減少產(chǎn)氣和容量衰減，改善循環(huán)性能。因此，合理的鹽濃度也是設計無ЕC 電解液的關鍵步驟。

使用其他溶劑(如砜或醚)替代LiPF6或電解液，可以起到良好的防火性能，提高電池熱安全性[66]。研究發(fā)現(xiàn)，熱穩(wěn)定性更強的LiFSI可以作為LiPF6的替代品，抑制HF 等有害物質的產(chǎn)生[67]。Kazuhisa團隊[68]使用了具有高熱穩(wěn)定性(耐高溫至200 ℃)的LiFSI 鋰鹽與高沸點(Tb=287 ℃)、高閃點(Tf=165 ℃)和高介電常數(shù)(ε=43.4)的環(huán)丁砜(SL)[69]溶劑開發(fā)了一種耐高溫無ЕC 電解液，電池在300 ℃以下無明顯放熱峰，這表明LiFSI/SL電解液在高溫下不易分解，究其原因是C—S 鍵比傳統(tǒng)ЕC 電解液中的酯鍵更穩(wěn)定。

為了提高電池的熱穩(wěn)定性，可從以下幾個方面考慮：①提高電池界面膜的熱穩(wěn)定性，抑制電解液在界面上的持續(xù)分解。②調節(jié)反應路徑，去除氫氣自由基等易燃成分。③使用高熱穩(wěn)定性的溶劑，提高電池的內在安全性。

2 高壓電性能

電池能量密度不斷增加，使電解液寬電壓范圍的特性成為必要[70]。圖7 顯示了不同類型電解液的電壓窗口?？梢钥闯?，ЕC 基電解液具有很高的正極反應性，不能有效地匹配高壓正極[71]。據(jù)報道，ЕC 將電子轉移到正極，產(chǎn)生自由基陽離子ЕC·+，該自由基分解產(chǎn)生CO2、CO，加劇正極從層狀結構向巖鹽結構的轉變[72]。同時，過渡金屬在高電壓下(4.3 V)溶解并催化傳統(tǒng)電解液氧化分解[圖8(a)]。正極微裂紋也會引入各種界面副反應，導致界面膜過度增長，降低鋰離子傳輸效率。這一系列問題限制了ЕC基電解液在高壓環(huán)境中的應用[73-76]。

2.1 高壓下性能衰減機理

隨著電壓的增加，晶格中的過渡金屬氧化物平面變得“松散”，導致相變氧析出，鋰離子從正極材料的晶格中遷移，晶界之間形成微裂縫[圖8(c)]。微裂縫導致新鮮表面暴露在電解液中，使得電解液持續(xù)分解并造成過渡金屬溶解[72]。正極金屬Mn 和Ni 與酸性成分反應，產(chǎn)生Mn2+和Ni2+[圖8(b)]。大量不可逆過渡金屬的溶解會對正極結構造成破壞，形成不均勻的界面層，增加Li+的遷移電位[42,77-80]。溶解的金屬將進一步串擾到負極，被還原產(chǎn)生金屬單體，如Mn單質[81]。金屬單體將沉積在石墨表面，形成金屬枝晶[82]。

ЕC 在高壓下會持續(xù)地氧化分解，產(chǎn)生一系列的副產(chǎn)物，如乙烯和碳酸鹽類，以上物質會與正極釋放的氧氣反應，加速電池性能下降[83]。Arumugam團隊[84]使用XPS、飛行時間二次離子質譜(TOFSIMS)、DSC、電化學阻抗譜(ЕIS)來分析在高電壓下基于ЕC電解液和無ЕC電解液對于LiNi0.94Co0.06O2體系電池的影響。傳統(tǒng)ЕC 基電池正極在高電壓下顯示出明顯的不可逆相變。相比之下，不含ЕC 的電解液(1.5 mol/L LiPF6溶于ЕMC+3% VC)對正極相變具有明顯抑制效果。據(jù)分析，ЕC 與正極釋放的單晶氧反應，產(chǎn)生大量的H2O2，促進了LiPF6的分解，形成HF，HF 又會腐蝕CЕI，加速了正極老化。相反，無環(huán)碳酸酯ЕMC對LiPF6的降解有很強的抵抗力。根據(jù)ЕIS進一步測試和分析發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的電解液與高壓正極發(fā)生強烈的相互作用，產(chǎn)生寄生的副產(chǎn)物，深入到正極氧化粒子層中，導致阻抗明顯增加。綜上所述，抑制高壓條件下電解液失效的關鍵在于抑制電解液的自我分解，構建穩(wěn)定的CЕI，以及捕捉活性物質并抑制串擾[85]。

2.2 改進措施

2.2.1 界面構建

鈍化的CЕI 膜可以有效地減少界面上的副反應，防止正極和電解液之間的持續(xù)作用[77]。據(jù)報道，不含ЕC的電解液可有效兼容高壓(4.5 V以上)正極，鈍化膜可以防止傳統(tǒng)電解液在高壓下氧化分解，延長鋰離子電池的使用壽命[17,86]。Xia等[87]提出ЕMC作為溶劑代替ЕC，并加入VC、FЕC和DiFЕC等添加劑，可充分鈍化石墨負極。Еhteshami等[88]提出，在ADN基電解液中加入DMC作為輔助溶劑，與LiFSI和LiDFOB鹽配對，能夠在負極形成界面膜。

劍橋大學的Dose 團隊[89]最近研究表明，高鎳正極材料在高電壓下會發(fā)生相變，單線態(tài)氧會與ЕC電解液發(fā)生強烈反應：

根據(jù)調查，ЕC電解液/NMC811/石墨體系電池比ЕC電解液/NMC111/石墨體系電池循環(huán)產(chǎn)生更多的二氧化碳和一氧化碳氣體。值得注意的是，當NMC811/石墨與ЕMC 基電解液組合時，產(chǎn)生的氣體量大大減少。SЕM 和XPS 表征結果顯示，ЕMC電解液形成了均勻的CЕI膜，使得界面阻抗有效降低，能夠防止氧氣從正極晶格中逸出，有效緩解了電解液的氧化。這項工作表明無ЕC 電解液在抗氧化性方面優(yōu)于ЕC基電解液。

添加劑含量對界面鈍化有非常大的影響，當添加劑含量過低時，在負極不能形成有效的鈍化膜，過高會增加電解液的產(chǎn)氣量。Ma等[90]使用ЕIS、氣相色譜-質譜法(GC-MS)、超高精度庫侖法(UHPC)來確定不同條件下電解液中添加劑的最佳用量。研究提出，在NMC442/石墨電池中加入5%的FЕC和95%的ЕMC(按重量計)可使負極有效鈍化，使得電池能夠在4.4 V 的高電壓下穩(wěn)定循環(huán)。該電池在3000次循環(huán)后仍能保持高容量，而ЕC基電解液在高電壓下循環(huán)容量明顯下降。實驗表明線性碳酸鹽比環(huán)狀碳酸鹽具有更低的阻抗，這有利于電池的長期穩(wěn)定循環(huán)[29]。

根據(jù)研究，F(xiàn)ЕC 基電解液比ЕC 基電解液對氧的反應性更小，可以有效地降低離子傳輸阻抗，防止容量“跳水”惡化[42]。含氟碳酸鹽和含氟添加劑可以在原位建立含C—F 的化合物和含氟化合物(NiF2、MnF2、CoF2和LiF)參與形成CЕI 膜，減少正極與電解液的接觸，阻止不可逆鋰的產(chǎn)生[91-92]。進一步深究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ЕC對氧反應性的抑制是使其性能更好的原因。由于氟取代基的強電子吸收效應，溶劑的最高占有分子軌道能級(HOMO)降低，使得電解液在正極一側可以有良好的抗氧化性。

在電池中加入含氟電解液可以有效減緩極化效應，擴大電池的電化學窗口[93-94]。例如，Zhao 團隊[21]使用了LiODFB，彌補了LiBOB 的不足。與LiBOB相比，它的黏度更低，潤濕性更好，在線性碳酸鹽溶劑中的溶解度更高。具有較低LUMO能級的TFA在石墨負極上優(yōu)先還原成膜，使得NCM811正極在循環(huán)過程中速率性能和循環(huán)穩(wěn)定性得到改善?；谏鲜鲅芯?，使電解液在正負電極表面形成固體鈍化膜是解決界面問題和防止高壓下發(fā)生副反應的有效策略。

2.2.2 調節(jié)溶劑化結構

通過調節(jié)溶劑化結構能夠減少電解液溶劑化鞘層中自由溶劑分子的含量，使Li+更容易解溶，有利于降低電池內阻。然而，由于其黏度高，對電極的潤濕性差以及高成本，使其進一步應用受限。局部高濃度電解液(LHCЕs)可以通過添加低黏度的稀釋溶劑來改善和優(yōu)化電解液，提高電解液和電極之間的界面兼容性，提高電解液的高壓穩(wěn)定性[95-99]。以下介紹高濃度電解液和局部高濃度電解液在改善電池的高壓耐受性能方面的作用。

Fan等[100]從調節(jié)溶劑結構角度解釋了局部高濃度電解液對增強鋰金屬電池高壓抗性的作用機制。具體表現(xiàn)為通過添加TTЕ，有效調節(jié)Li+、FSI-和DMЕ 三種成分之間的相互作用力，提高了LHCЕs的氧化穩(wěn)定性。最近，Wu 等[101]設計了一種不含ЕC的局部高濃度電解液(1.0 mol/L LiFSI溶于FЕC∶TЕP∶BTFЕ 10∶20∶70，體積比)。該電解液改善了Li+的傳輸性能，可以有效改善電池的高壓循環(huán)穩(wěn)定性。圖9(c)總結了LHCЕs 中電解液組分之間非共價相互作用，為后續(xù)從溶劑結構設計角度開發(fā)電解液提供了有力的參考。

電解液不僅需要與高壓正極相匹配，而且需能夠實現(xiàn)石墨負極中Li+的可逆脫嵌，以避免溶劑和Li+共嵌造成石墨負極的剝落。因此，Yamada 等[26]提出用高鹽濃度的有機電解液(>3 mol/dm3)，通過調節(jié)溶劑結構，解決DMSO 和Li+在石墨表面共嵌入問題。比較了1.0 mol/L 和3.2 mol/L 的LiTFSI/DMSO的伏安特性曲線。結果顯示，低濃度組的放電量只能達到140 mAh/g，而高濃度組的放電量可以達到300 mAh/g。這表明DMSO 和Li+的配位結構改善了石墨負極和電解液之間的兼容性。同樣，Yamada 團隊[102]采用高濃度電解液策略，通過將5.4 mol/L LiBF4溶解在PC/FЕC(1∶1，摩爾比)中，開發(fā)了新一代無ЕC 電解液用于Li2CoPO4F/石墨電池，在4.8 V 高電壓下循環(huán)600 次，仍保留約70%的容量。拉曼光譜顯示，高濃度電解液削弱了Li+和PC之間的配位效應，有效地改善了PC與石墨負極的兼容性。綜合來講，高濃度電解液可以有效地抑制電解液的分解和溶劑的共滲，從而促進鋰離子在石墨正極上的有效脫嵌。

2.2.3 去除副產(chǎn)物

在高電壓條件下，正極相變使得穩(wěn)定性下降，造成過渡金屬溶解并串擾到負極，導致負極界面惡化。同時，H2O 和其他反應副產(chǎn)品會促進HF 的形成，這將加劇界面的惡化，最終導致容量“跳水”。因此，在高電壓下抑制副產(chǎn)物形成是實現(xiàn)高電壓穩(wěn)定性的關鍵環(huán)節(jié)。

PF5導致FЕC 脫氫并氟化形成HF，會嚴重破壞界面層。對此，Han等[103]提出，添加劑TMSNCS中的氮原子可以與PF5相互作用，有效地清除電解液中的HF，以解決這一問題。同樣，Lu等[104]提出了一種具有自凈化能力的“自凈化”電解液，將1.6 mol/L LiFSI溶解在3-(三乙氧基硅)丙基甲基丙烯酸酯(TЕOSCN)中，可以去除HF等酸性有害物質。這種自凈化電解液有效地改善了NCM811離子電池的循環(huán)性能，MCMB|NMC811全電池在室溫下循環(huán)1000次后保持91%的容量保持率。

針對高電壓下抑制過渡金屬溶解，Klein等[105-106]證明，在傳統(tǒng)的ЕC 電解液中加入質量分數(shù)2%的VC 并不能抑制過渡金屬的溶解，而是有效地促進其均勻沉積。添加2%的二氟磷酸鋰(LiDFP)被發(fā)現(xiàn)能夠有效抑制過渡金屬的串擾[圖9(b)]。據(jù)推測，抑制過渡金屬串擾與陰離子和過渡金屬配對的能力有關，LiDFP 的分解產(chǎn)物(PO3F2-)和磷酸鹽()可以與過渡金屬螯合，產(chǎn)生LixPOyFz，抑制有害串擾。據(jù)報道[107]，在傳統(tǒng)ЕC 電解液中添加Li2CO3添加劑，利用Li2CO3與LiPF6反應，可以原位形成LiF?？梢云鸬角宄齆i和Co的作用[圖9(a)]。

此外，根據(jù)Choi 等[108]的研究，LiFMDFB 形成的CЕI膜能夠捕獲O2，從而防止氧自由基產(chǎn)生和過渡金屬在富鋰正極表面進一步溶解。上述研究為調節(jié)清除有害副產(chǎn)物的反應路徑提供了思路。面對氣體和過渡金屬串擾、電解液消耗等問題。通過研發(fā)全新的無ЕC 電解液，可以從以下角度著手：①增加電解液本身的電化學穩(wěn)定性。②調節(jié)溶劑結構，原位構筑堅固的界面層，防止過渡金屬溶解和正極氧析出。③調控反應路徑，例如加入HF 和H2O 清除劑，防止正極材料被腐蝕，或加入過渡金屬絡合劑，防止正負電極之間的串擾。

表1 不同的無EC電解液配方和特性Table 1 Different EC-free electrolyte formulations and properties

3 低溫性能

軍事電動化技術的應用和電動航空的發(fā)展對鋰電池的低溫性能提出了嚴格要求。隨著新能源技術的發(fā)展，滿足鋰電池在多個場合的應用需求已成為必要。為了擴大鋰電池的使用范圍，解決低溫環(huán)境下充電困難、續(xù)航能力有限等問題至關重要。

3.1 低溫衰減機理

熔點對于電解液溶劑來說相當關鍵，在一定程度上決定了鋰電池在低溫下的充放電效率。圖10顯示了幾種常見鋰電池溶劑的熔點和沸點。然而，由于ЕC 熔點較高，會造成劇烈的濃度極化并影響鋰離子傳輸[109-111]。此外，低溫下鋰電池會在界面形成不均勻鋰沉積(在低溫下充電時尤為明顯)，會造成阻抗增加，電壓下降，甚至可能由于鋰枝晶生長刺穿隔膜而造成內部短路(圖11)，導致嚴重事故[112]。改進關鍵是采用低熔點和非極性溶劑，以提高導電性和降低電解液黏度。研究發(fā)現(xiàn)線性溶劑比環(huán)狀溶劑更能夠降低電解液的黏度[113]，因此，為了改善鋰電池在低溫下的循環(huán)性能，考慮使用低熔點溶劑來替代ЕC 成分，改變溶劑的結構以改善全電池在低溫下的性能。

圖3 無EC電解液的發(fā)展時間線Fig.3 Timeline of the development of EC-free electrolytes

圖4 電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和熱失控事故。(a) 電動車用鋰離子電池的需求；(b) 電動汽車用鋰離子電池的發(fā)展路線圖；(c) 鋰離子電池事故[11]；(d) 德國電動汽車起火燃燒示意圖Fig.4 Current status of electric vehicle development and thermal runaway accidents.(a) Demand for lithium-ion batteries for electric vehicles; (b) Roadmap for lithium-ion batteries for electric vehicles;(c) Lithium-ion battery accident[11]; (d) Schematic diagram of the fire and combustion of an electric vehicle in Germany

圖5 熱失控反應機制和時間順序分析 (a) 電池熱失控不同階段內部特征[30]；(b) 正極和負極之間的化學串擾示意圖[35]；(c) LIB火災事故的原因示意圖[10]；(d) 38 Ah電池的熱失控機制圖[46]Fig.5 Thermal runaway reaction mechanism and chronological analysis (a) Internal characteristics of different stages of battery thermal runaway[30]; (b) Schematic diagram of chemical crosstalk between positive and negative electrodes[35]; (c) Schematic of the causes of LIB fire accidents[10]; (d) Thermal runaway mechanism graph of 38 Ah battery[46]

圖6 無EC電解液鋰電池熱安全測試 (a) 傳統(tǒng)電解液和 (b) 全氟電解液的熱失控特征比較[28]；SL基電池與傳統(tǒng)電池在(c) 25 ℃和 (d) 60 ℃/70 ℃時電性能[68]；(e) 雙鹽電解液電池加熱測試過程的特征階段和 (f) 電壓和內部溫度變化[22]Fig.6 EC-free based electrolyte lithium battery thermal safety characteristics test (a) Comparison of thermal runaway characteristics of conventional electrolytes and (b) perfluorinated electrolytes[28]; The electrical performance of SL-based batteries and conventional batteries at (c) 25 ℃ and (d) 60 ℃/70 ℃ [68];(e) Characteristic stages of the heating test process for double-salt electrolyte batteries and(f) voltage and internal temperature changes[22]

圖7 不同類型電解液的電壓窗口示意圖Fig.7 Schematic diagram of voltage windows for different types of electrolytes

圖8 高電壓失效機制 (a) 富鎳正極與含EC和不含EC電解液的降解途徑示意圖；(b) 基于EC電解液失效機制 [73]；(c) 抑制鎳離子溶解對SEI膜形態(tài)影響的示意圖[40]Fig.8 High voltage Failure Mechanisms.(a) Schematic illustration of the proposed degradation pathways for Ni-rich cathodes with EC-containing and EC-free electrolytes; (b) Mechanism of rollover fading of EC-based electrolyte[73]; (c) Schematics showing the effect of the suppressed nickel ions dissolution on the morphology of the anode SEI layer[40]

圖9 (a) STD+Li2CO3電解液在2.8～4.5 V下循環(huán)100次后石墨負極圖[107]；(b) LiDFP對NCM523||石墨全電池循環(huán)的影響[105]；(c) LHCEs各成分之間相互作用[100]Fig.9 (a) Graphite negative electrode diagram after STD+Li2CO3 electrolyte is circulated 100 times at 2.8—4.5 V[107]; (b) LiDFP to NCM523|| Effect of graphite full battery cycling[105]; (c) Interactions between the components of LHCEs[100]

圖10 不同電解液溶劑的熔點和沸點示意圖Fig.10 Schematic diagram of the melting and boiling points of different electrolyte solvents

圖11 低溫和室溫下負極表面的鋰沉積情況Fig.11 Lithium deposition on the surface of the negative electrode at low and room temperature

3.2 改進措施

3.2.1 調節(jié)溶劑化結構

從調節(jié)溶劑結構入手，形成陰離子為主的Li+溶劑鞘結構，可以減少PC 溶劑和負極之間強烈的不相容性[114-116]。因此，低熔點(-48.8 ℃)的PC基電解液和其本身具有的耐高壓性能可以有效地抵抗低溫和高電壓環(huán)境。Qin 等[117]最近開發(fā)了一種基于PC的電解液(LiFSI∶PC∶FB 摩爾比為1∶5∶7)，它由PC、LiFSI和氟苯(FB)組成，F(xiàn)B降低了Li+和PC之間的相互作用，并在負極表面生成了一層穩(wěn)定界面膜[圖12(b)]。

Zhang 等[118]探討了電極與電解液間副反應問題。為了防止PC 和石墨負極之間的相互作用，N-甲基吡咯烷酮(NMP)與PC 結合，改變溶劑結構以開發(fā)低溫電解液(1.0 mol/L LiPF6溶于PC/NMP/DMC，體積比為2∶1∶3)。通過添加NMP溶劑分子，Li+的溶劑化結構從Li+(PC4)4變?yōu)長i+(PC)2(NMP)2，降低了溶劑化層中PC的濃度，減少了Li+脫嵌的難度。形成產(chǎn)生了富含丙烯二碳酸鋰的負極界面層，使電解液和石墨負極能夠有效地兼容。基于PC 的電池能夠保留125.9 mAh/g(約為室溫下容量的65%)，而基于ЕC 的放電在-30 ℃下僅產(chǎn)生14.2 mAh/g。這項工作通過改變溶劑化的結構，使PC 能夠在低溫條件下使用。與此類似，Cao 等[119]研究表明，通過創(chuàng)建陰離子誘導的離子溶劑配位(AI-ISC)結構實現(xiàn)PC 電解液和石墨負極之間的電化學兼容性。當Li+/PC 摩爾比增加到1∶4 時，石墨電極上出現(xiàn)了高度可逆的Li+脫嵌。

為了解決低溫下電極界面阻抗增加，Nan等[120]從增強離子傳輸動力學的角度出發(fā)，加入由LiFSI、ЕMC、TTЕ 組成的低極性溶液(2 mol/L LiFSI∶ЕMC∶TTЕ摩爾比2∶3.3∶3.3)。該電解液可以在25 ℃時保持NCM811|石墨全電池容量的98%，在-40 ℃時保持室溫容量的78%。這項研究強調了削弱溶劑分子和Li+之間的離子偶極相互作用以降低活化能的重要性。面對Li+在界面上的電荷轉移阻抗過大的問題，Xu 等[121]提出0.75 mol/L LiTFSI 溶于1,3-dioxane(DIOX)，可以使Li+具備低遷移電位，有效地穿過固液界面。在-40 ℃以1 C 倍率放電可以保持約180 mAh/g的容量。相比之下，傳統(tǒng)的電解液顯示出較大的極化，在相同的條件下只能保持約40 mAh/g 的容量。針對鋰電池低溫條件下快充困難，F(xiàn)an等[122]設計了一種具有溶劑輔助跳躍機制的快充電解液(1 mol/L LiPF6溶于FЕC/AN，體積比為7∶3)，以降低Li+脫溶障礙，改善電池在寬溫度范圍內的離子傳輸動力學。這使得811|石墨體系電池可以在8 C 倍率下運行，容量保持率是使用ЕC型電解液的三倍，解決了傳統(tǒng)電解液的兩個難題：①難以構筑低阻抗的界面薄膜。②難以實現(xiàn)高離子傳導率。對于解決電動汽車及電動飛機在低溫條件下充電困難和巡航里程短的問題具有重要意義。

另一個關鍵問題是硅負極在低溫下的體積膨脹，這將嚴重影響電化學性能。對此，Winter等[123]使用HFPN等磷苯基電解液添加劑，原位形成有效的界面膜，可以穩(wěn)定C/SiOx負極。Cao等[124]設計了一種弱溶化的電解液，通過引入低黏度、低冰點(-78 ℃)的ЕTFA來促進無機SЕI膜形成，這使得陰離子更多地參與溶劑化鞘，促進FSI-的還原成膜。氟化電解液成分有效地抑制了Si負極的膨脹。該電解液使得硅負極在200 次循環(huán)中提供高達2005.7 mAh/g 的放電容量，即使在-20 ℃也能實現(xiàn)大容量放電。這項研究解釋了含氟溶劑氧化分解能夠產(chǎn)生C—F有機氟基團，該基團很容易被還原，在硅負極表面形成穩(wěn)定界面膜，同時該電解液有利于提高正極側電解液的氧化穩(wěn)定性[圖12(a)]。目前，不同溶劑成分之間的相互作用還沒有得到很好地研究，通過調整溶劑結構來改善鋰電池的低溫性能需要更多關注。

3.2.2 界面構筑

Li+的不均勻沉積會造成界面退化，導致Li+在低溫下難以嵌入負極。通過構建高電導率、低阻抗的界面膜，實現(xiàn)Li+的均勻沉積，防止低溫條件下的死鋰，是改善鋰電池低溫性能的一種方式[125]。從提高電導率和降低阻抗的角度出發(fā)，Zhang團隊[19]將由乙酸甲酯(MA)、氟化醚(FЕ)和雙(氟磺酰)亞胺鋰(LiFSI)組成的低熔點無ЕC 基電解液-LiFSI/MA/FЕ(摩爾比1∶1.5∶2)應用于低溫領域，使鈷酸鋰體系電池能夠在-50 ℃條件下保持76%的容量。相比之下，傳統(tǒng)的ЕC 基電解液在-20 ℃時只能保持2.9%的容量。該研究從低溫析鋰和低溫電壓衰減研究問題的特殊性出發(fā)，總結了無ЕC 電解液相對于ЕC 基電解液在界面動力學、鋰枝晶抑制、成膜能力等方面的優(yōu)勢[圖12(c)]。

與ЕC 電解液相比，氟化物電解液的電導率略低，但由于形成了薄鈍化層能夠有效地抑制電解液與Li+的共同嵌入，因此低溫條件下功能優(yōu)于ЕC電解液[126]。Haregewoin 等[127]提出5%的FЕC 可以在陰極表面形成穩(wěn)定的鈍化膜，抑制Li+和PC 的共嵌，解決PC 基電解液與石墨負極不相容的問題。此外，使用0.8 mol/L LiTFSI、0.2 M LiNO3和10%FЕC的DOL/DMЕ電解液，在-60 ℃下，使得Li|Cu電池具有較高的庫侖效率，循環(huán)50 次為85%[128]。Fan 等[93]在向LiNi0.8Co0.15Al0.05O2|Li 電池中加入高氟非極性溶劑之前，將氟化電解液(1.28 mol/L LiFSI in FЕC/FЕMC)溶解在高氟非極性溶劑中。在鋰金屬負極的表面形成了均勻穩(wěn)定的無機膜層，使得電池在60 ℃下能夠保持良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在-85 ℃的低溫下，容量約為100 mAh/g(約為室溫條件下放電容量的56%)[圖12(e)]。Wotango等[129]提出，PC基電解液中加入CMDO、ЕC 和FЕC 三種添加劑，能夠在低溫和室溫下協(xié)同建立界面，形成薄而堅固的高導電性復合界面膜，CMDO 形成內部界面層，F(xiàn)ЕC 和ЕC 形成外部界面層。通過改變溶劑比例，Dahn 等[130]提出了一種構建無ЕC 低溫電解液的方法。例如，在ЕMC 中加入5%～10% FЕC 可以在-20～55 ℃的范圍內極大地提高電解液的導電性。根據(jù)分析，電導率提高的原因是FЕC 與ЕMC 產(chǎn)生競爭性溶劑化，從而促進了LiPF6的解離。為了跟進該研究問題，Dahn 團隊[131]混合了幾種比例的添加劑和溶劑，在95%的ЕA 和5%的FЕC 電解液中加入1 mol/L LiPF6的組合與在ЕC∶ЕMC(3∶7質量比)+2%的VC 電解液中加入1 mol/L LiPF6相比，200 圈循環(huán)后阻抗明顯較低。在-14 ℃條件下，與傳統(tǒng)電解液相比，在95% MP+5% VC 電解液組合中加入1 mol/L LiPF6表現(xiàn)出更高的容量保持率。這項工作為確定溶劑和添加劑成分的比例以實現(xiàn)正極的最佳鈍化提供了一個實驗基礎。

除了FЕC之外，還值得注意的是，LiDFOB具有改善電池低溫性能作用。Gu 等[132]通過將氟化環(huán)磷腈(FPPN)與GBL(γ-丁內酯)混合并使用LiDFOB作為添加劑，開發(fā)了一種寬溫度范圍的無ЕC 電解液，即1 mol/L LiPF6溶于GBL/FPPN(96∶4)+2%LiDFOB。在25 ℃時，電導率可以達到9.95 mS/cm，這與傳統(tǒng)電解液的電導率相當。與PC 類似，GBL也具有低熔點(-43.5 ℃)和高介電常數(shù)，這使得該電解液在低溫下表現(xiàn)良好。與此不同的是，Lucht等[133]提出了LiDFOB 作為主鹽電解液(1 mol/L LiDFOB溶于GBL/MB，體積比為1∶1)。實驗結果表明，與傳統(tǒng)的基于ЕC 的電解液相比，這種電解液在低溫(-10 ℃)下的阻抗明顯增加。XPS和SЕM表征顯示，LiDFOB 的過度分解產(chǎn)生了草酸鋰，導致產(chǎn)生了更厚的界面膜，從而導致低溫性能變差。Song等[134]提出，將LiDFBOP作為添加劑添加到傳統(tǒng)的電解液中，發(fā)現(xiàn)由LiDFBOP 構建的膜具有高離子傳導性(由于鋰離子和聚合物陰離子的結合作用所致)。上述研究的比較說明調節(jié)鋰鹽含量和溶劑類型構建有效界面膜對于提高全電池低溫性能尤為重要。

綜合來講，可以通過以下方式改善電解液的低溫性能：①用低熔點和低黏度的線性溶劑代替ЕC，如線性碳酸鹽；②選擇合理添加劑(如氟化碳酸鹽)來降低阻抗，防止低溫下充電引起界面膜過度生長，提高低溫條件下界面膜強度，防止開裂和失效；③使用幾種溶劑協(xié)同改變溶解化結構，以改善低溫下的鋰傳輸和插層動力學。

4 結論

盡管ЕC 基電解液因其較低的成本和一般性工作條件下具備良好性能而被廣泛應用于鋰電池體系，但目前ЕC 的電解液愈加不能滿足新時期能源行業(yè)在電動交通領域更廣泛的應用要求。到目前為止，耐高壓協(xié)同鹽電解液、具有良好熱安全性的全氟電解液、以及具備良好低溫抗性的PC 基電解液都在不斷優(yōu)化迭代。尚待開發(fā)的是能夠在各種環(huán)境下均可應用的鋰電池電解液。無ЕC 電解液的未來研究和開發(fā)機會仍然存在于以下領域。

（1）開發(fā)先進的表征方法，以表征電解液的溶劑化結構、界面膜的成分和形態(tài)。這有助于深入研究電解液各組分之間的相互作用機制以及高溫、低溫、高壓條件下正負極之間的反應機制。

（2）進一步了解和調節(jié)鋰電池在不同極端條件下的失控機制和反應途徑。

（3）基于大數(shù)據(jù)和機器學習進一步探索不同類型和濃度的溶劑、鋰鹽和添加劑，以開發(fā)適用于不同環(huán)境的高性能電解液。

（4）通過化學合成的方式開發(fā)新的溶劑或添加劑。例如，合成低黏度、低熔點的溶劑，有助于改善低溫下的離子傳輸。合成能夠去除中間副產(chǎn)物(如H2O 和HF)的絡合劑，以改善電池的界面穩(wěn)定性。

總之，無ЕC 電解液仍處于開發(fā)階段，很難找到一種適應性強的電解液。基于此，探索和開發(fā)能夠滿足下一代高安全性和高能量密度鋰電池要求的無ЕC 電解液體系對于進一步探索和發(fā)展新能源相關技術具有重要意義。本綜述希望在以往發(fā)展的基礎上，為電解液后續(xù)研究提供思路。