综述：不含碳酸乙烯酯的电解质，助力更优秀的锂离子电池

《Joule》：Ethylene carbonate-free electrolytes toward better lithium-ion batteries

本文综述了乙二醇碳酸（EC）替代方案在锂离子电池电解液中的进展，通过创新溶剂化学、功能添加剂和先进锂盐设计，有效解决高温高压稳定性、低温性能及热失控问题，实现60C快充、-50℃至60℃宽温域运行，为高安全、高能量密度电池开发奠定基础。

　　

背景与规模

锂离子电池（LIBs）对全球向可持续能源的转型至关重要，它们为电动汽车、电网储能和便携式电子设备提供动力。然而，对提高安全性、更高电压、更宽的工作温度范围以及快速充电能力的需求不断增加，但这些需求受到传统电解质固有局限性的严重制约。三十多年来，碳酸乙烯酯（EC）一直是一种不可或缺的溶剂，它通过在石墨阳极上形成稳定的界面促进了锂离子电池的初步商业化。然而，这一成分却成了一个关键的瓶颈。碳酸乙烯酯的高熔点和强烈的锂离子（Li⁺）配位能力会降低其在低温下的性能和快速充电的效率，而在4.3伏以上电压下容易发生氧化分解，从而限制了电池的能量密度并产生气体。最严重的是，在热失控事件中，碳酸乙烯酯会充当燃料，带来显著的安全风险，尤其是在使用高镍正极的情况下。这篇综述强调了一个根本性的范式转变：从电解质配方中彻底去除碳酸乙烯酯。超越碳酸乙烯酯不仅仅是一种替代，而是一个全面的重新设计的机会。我们展示了无碳酸乙烯酯的策略如何通过创新的溶剂化学、功能性添加剂和先进的锂盐系统地解决这些多方面的挑战和权衡。取得的进展非常显著，实际应用的电池在抗热滥用、高电压下的稳定循环、-50°C至60°C的工作温度范围以及高达60°C的快速充电方面表现出色。通过将这些进展整合到一个连贯的设计框架中，这篇综述为下一代锂离子电池指明了方向，这些电池不仅性能更强，而且在各种应用场景下本质上更安全、更可靠，从而加速了它们在更苛刻和关键领域的应用。

总结

为了满足电动汽车、大规模电网系统以及特殊国防/极地/航空航天/海底用途等多样化应用的需求，迫切需要具有高安全性、高电压、宽温度范围和快速充电性能的锂离子电池。电解质工程被广泛认为是最简单且最有效的策略。尽管碳酸乙烯酯（EC）溶剂在过去30多年里一直主导着电解质市场，但其在高温/高压下的严重副反应、缓慢的脱溶动力学以及形成的高锂离子扩散阻力界面极大地阻碍了进一步的发展。鉴于对无碳酸乙烯酯电解质的迫切需求以及取得的显著进展，进行一次全面而及时的综述至关重要。这篇综述介绍了无碳酸乙烯酯电解质在性能提升方面的进展。此外，我们还强调了未来无碳酸乙烯酯电解质设计的方向和前景，以推动锂离子电池在实际应用中的发展。

图形摘要