综述：非水系可充电电池应用中的材料清除技术

这篇综述系统探讨了清除材料在锂(LBs)、钠(SMBs)、锌(ZBs)和镁(MBs)等非水系可充电电池中的关键作用。文章详细分析了H2O/HF、PF5、金属枝晶、燃烧自由基、活性氧/自由基以及气态副产物等有害物质的来源及其对电池性能/安全性的负面影响，并分类总结了硅氧烷/硅氮烷化合物、异氰酸酯基化合物、磷/卤素化合物等清除材料的反应机制和应用效果，为开发新型功能材料提供了重要指导。

　　

非水系可充电电池中的清除材料革命

1. 引言
随着化石燃料枯竭和环境问题加剧，非水系可充电电池技术成为科研热点。锂离子电池(LBs)已引发多领域革命，而钠(SMBs)、锌(ZBs)、镁(MBs)等后锂电池体系也崭露头角。然而，电池内部存在的H₂O/HF、PF₅、金属枝晶等有害物质会引发连锁副反应，导致容量衰减和安全隐患。清除材料能直接消除这些有害物种，成为提升电池性能的"游戏规则改变者"。

2. 有害物种的起源与清除策略

2.1 H₂O和HF的清除
残留H₂O会引发LiPF₆水解生成HF，腐蚀电极材料。三甲基硅基化合物(TMSP/TMSPi)通过Si-F强亲和力捕获F^-；异氰酸酯基化合物(PTSI)通过亲核反应消耗H₂O；硼酸锂盐(LiBOB)则通过水解反应清除两者。例如含1 wt%二苯基二甲氧基硅烷(DPDMS)的电解液，使LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂电池在55°C下循环200次容量保持率达93.3%。

2.2 PF₅的清除
LiPF₆分解产生的PF₅会催化碳酸酯溶剂分解。3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷(IPTS)通过Si-O孤对电子配位捕获PF₅；含脲基的聚合物电解质(P(CUMA-NPF₆))则生成NPF₄稳定基团。这些策略使NCM811/石墨电池在高电压下循环稳定性显著提升。

2.3 金属枝晶的清除
锂枝晶会刺穿隔膜引发短路。SiO₂纳米颗粒通过合金化反应(Li_xSiO_y)消耗枝晶；石墨烯氧化物(GO)通过氧化还原反应生成Li₂O/Li₂CO₃。实验显示，含硅涂层的隔膜使Li/Li电池在0.5 mA cm^-2下稳定循环超过1000小时。

2.4 燃烧自由基的清除
磷酸酯类(TMP)和卤代化合物(HFB)通过产生PO₂/X·自由基终止链式反应。例如含六甲氧基环三磷腈(HMPN)的电解液，其分解产生的磷自由基能有效淬灭H·/OH·自由基，使电池通过针刺测试不起火。

2.5 活性氧/自由基的清除
富锂层状氧化物释放的¹O₂会引发电解质链式分解。受阻胺聚合物通过氧化还原反应捕获自由基；5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物(DMPO)则与超氧自由基(LiO₂)形成稳定加合物，使Li-O₂电池循环寿命延长3倍。

2.6 气态副产物的清除
CO₂是Li₂CO₃分解的主要产物。叔丁基二甲基硅基缩水甘油醚(tBS-GE)通过环加成反应固定CO₂，有效抑制电池鼓胀。

3. 清除材料的局限性
当前材料存在副反应(如硅醇产物的氧化分解)和时效性(仅初期有效)问题。未来可开发基于离子液体的多功能清除体系，或通过共价修饰将清除基团固定在聚合物骨架上。

4. 分析技术进展
¹⁹F NMR可追踪HF含量变化，电子自旋共振(ESR)能监测自由基浓度，差分电化学质谱(DEMS)则实时分析产气行为。冷冻电镜技术为观察枝晶/SEI纳米结构提供了新视角。

5. 未来展望
开发兼具清除H₂O、HF和自由基的多功能材料是趋势。在固态电池中设计枝晶抑制层，或通过智能算法实时调控清除剂释放，都将成为研究热点。清除化学与非水系电池发展的协同创新，将持续推动储能技术迈向高安全、长寿命的新纪元。