采用膦离子液体添加剂的高浓度混合电解质，用于实现稳定高能量密度的锂离子电池负极

《ACS Applied Materials & Interfaces》：High Concentration Hybrid Electrolytes Using Phosphonium Ionic Liquid Additives for Stable High-Energy Density Li-Ion Anodes

研究显示磷鎓离子液体添加剂（P111i4FSI）可提升硅/石墨和硅负极的循环稳定性，通过优化SEI层结构和锂离子传输效率，在1M和4M LiFSI电解液中，Si/Gr电池达185次循环96%效率，Si电池达100次循环99.1%效率，且SEI层中LiF含量与磷元素比例显著影响性能。

　　

本研究探讨了一种基于磷酸onium离子液体的添加剂在碳酸盐基电解质中的应用，该添加剂能够提高硅/石墨（Si/Gr）和纯硅（Si）阳极的循环稳定性。这些电解质由碳酸盐溶剂混合物（EC/EMC/DEC，重量比为1:1:1）与10%的离子液体添加剂（三甲基（异丁基）磷酸onium双（氟磺酰）酰亚胺（P_111i4FSI）组成，锂盐浓度分别为1 M和4 M。通过长时间循环测试评估了Si/Gr || LiFePO₄（LFP）、Si || LFP、Li金属 || LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂（NMC₆₂₂）以及Si/Gr || NMC₆₂₂电池的性能。电压曲线、dQ/dE分析以及扫描电子显微镜（SEM）结果表明，两种阳极的失效机制有所不同：Si/Gr阳极的主要问题是固体电解质界面（SEI）的生长以及锂离子的有限释放；而纯硅阳极则由于体积膨胀而出现严重的结构裂纹和粉化现象。X射线光电子能谱（XPS）分析揭示了SEI层的不同组成。在基础电解质中，表面和较深处的SEI层中检测到较高的锂浓度，这归因于其中较高的Li₂CO₃含量；而在高浓度混合电解质（HCHE）形成的SEI层中，由于离子液体的阳离子含有磷元素，并且SEI层中LiF的含量较高，因此副反应减少，锂离子传输效率得到提升。结果发现，使用这种添加剂后电池的循环稳定性提高了3倍：当Si/Gr阳极的放电容量为450 mAh/g时，循环185次后的效率仍可达96%；而当Si阳极的放电容量为1000 mAh/g时，循环100次后的效率仍可达99.1%。