明军电解液阻燃钾硫篇：论不同稀释剂与溶剂分子间的相互作用

主要观点总结

本文介绍了钾离子电池中电解液与石墨电极兼容性的研究背景及现状，重点报道了明军研究员团队通过引入氟醚作为稀释剂调节溶剂-溶剂相互作用，开发出一种不易燃、低浓度、与石墨兼容的PC基电解液。该电解液通过促进可逆的K+插层，提高了钾离子电池的性能，并展示了在钾硫电池中的优异表现。文章还详细描述了该电解液的设计、表征、界面模型及理论模拟、电极界面表征以及在全电池中的应用。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景及现状

钾离子电池作为能源市场细分领域的电化学储能技术，其应用前景广阔。然而，石墨作为PIB商业化最具应用前景的负极材料，与碳酸酯基电解液，尤其是PC基电解液存在不兼容的问题，导致溶剂共嵌石墨、石墨剥离和电解液分解等现象。

关键观点2: 主要研究成果

明军研究员团队通过引入氟醚作为稀释剂，成功开发出一种与石墨兼容的PC基电解液。该电解液具有不易燃、低浓度等特点，通过调节溶剂-溶剂相互作用，促进了可逆的K+插层，提高了钾离子电池的性能。

关键观点3: 电解液设计及表征

研究团队通过引入氟醚（如HFE和TFTFE）与PC相互作用，实现了超低浓度PC基电解液在石墨电极中的可逆插层。通过对溶剂-溶剂相互作用进行表征，证实了氟醚与PC之间的强相互作用对电解液性能的影响。

关键观点4: 界面模型及理论模拟

研究团队提出了界面模型，分析了不同电解液体系中K+-溶剂-阴离子配合物的动力学和热力学性质差异，阐明了电解液在电极界面的稳定性。此外，通过理论模拟深入了解了溶剂化结构和界面性质对电池性能的影响。

关键观点5: 电极界面表征及全电池应用

通过对循环后电极进行SEM和XPS表征，证实了所设计的电解液与石墨具有较好的兼容性。此外，该研究还展示了所设计的电解液在钾硫电池中的应用，表现出优异的性能，验证了其在钾离子电池中的实际应用价值。

文章预览

科学材料站 研 究 背 景 钾离子电池（PIB）与传统锂离子电池相比，具有氧化还原电位低、自然丰度高等优点，使其有望成为能源市场细分领域的电化学储能技术。为了实现钾离子电池的应用，正极材料（如层状金属氧化物、聚阴离子氧化物等）和负极材料（碳基材料、合金等）被广泛研究。目前，石墨是 PIB 商业化最具应用前景的负极材料，不仅在特定电解液中能够实现钾离子（K + ）的可逆插层（KC8），而且具有较高的理论容量（279 mA h g -1） 。然而，大多数应用于PIB的碳酸酯基电解液，尤其是碳酸丙烯酯（PC）基电解液与石墨电极不兼容，容易发生溶剂共嵌石墨，导致石墨剥离或电解液分解。因此，研究如何有效提高PIB中电解液与石墨电极的兼容性，具有一定的科学意义。 近年来，为了改善PC基电解液与石墨电极的兼容性，研究者提出了许多有 ………………………………