湖南大学鲁兵安教授，最新Angew！

第一作者：Dianwei Zhang

通讯作者：鲁兵安，余馨智，李福祥

通讯单位：湖南大学

论文速览

由于缺乏合适的电解液，目前的钾离子电池（PIBs）在安全性和使用寿命方面受到限制。

本研究针对钾离子电池（PIBs）的安全性和循环寿命受限于缺乏合适的电解液解决方案的问题，提出了一种创新的非易燃电解液设计策略。

该工作通过优化磷酸酯基溶剂的溶剂化能力，实现了电解液在溶剂化能力和盐解离能力之间的平衡，从而获得了优越的电化学性能。所制备的电解液具有低盐浓度（仅0.6 M）、低粘度、高离子导电性、高氧化稳定性以及安全性等优点。

此外，该电解液还促进了阳极表面自限性富无机界面的形成，以及在铁基普鲁士蓝类似物上形成坚固的正极-电解液界面，减少了电极/电解液副反应，防止了铁的溶解。

使用该电解液的PIBs展现出卓越的耐久性，在高电压4.2 V下，扣式电池经过2000个循环后容量保持80%，在更大的软包电池中，在1C倍率下经过1400个循环后保持超过81%的初始容量，平均库仑效率高达99.6%。这项工作为实现安全、可持续和高性能的PIBs迈出了重要一步。

图文导读

图1：电解液设计和溶剂筛选策略。

图2：不同电解液的物理性质和性能。

图3：P-MSE在高电压下的电化学性能。

图4：TPP基电解液的溶剂化结构和界面化学。

图5：使用P-MSE的全电池和软包电池的电化学性能。

总结展望

本研究通过分子调控手段，成功开发了一种先进的非易燃电解液，为钾离子电池的安全和稳定循环提供了新策略。

通过合理扩展TEP分子的端基团，获得了中等溶剂化能力的TPP，并与高离解度的KFSI盐和功能性共溶剂相结合。所得到的P-MSE电解液不仅成本低、粘度低、非易燃，还具有足够的离子导电性和良好的SEI形成能力。此外，P-MSE电解液与高电压FeHCF基正极展现出了优异的电化学兼容性，有效缓解了正极的结构降解和过渡金属的溶出。

因此，使用该电解液的钾离子电池在高电压下展现出了稳定的循环性能，无论是在K||FeHCF@rGO扣式电池（2000个循环后容量保持80%）还是石墨||FeHCF@rGO全电池（约187个循环后容量保持92%）中均表现突出。

特别是，K||FeHCF@rGO软包电池在1400个循环后仍保持了81%的初始容量，平均库仑效率达到99.6%，显示出极高的稳定性。这项工作预期将激发PIBs性能的进一步增强。

文献信息

标题：Nonflammable Phosphate-Based Electrolyte for Safe and Stable Potassium Batteries Enabled by Optimized Solvation Effect

期刊：Angewandte Chemie International Edition

DOI：10.1002/anie.202405153