Small:钾离子电池电解液研究现状及展望

锂离子电池以其能量密度高、循环寿命长等优点,在便携式电子产品和电动汽车领域取得了巨大的成功。然而,金属锂的资源稀缺性、产地分布不均以及不断上涨的成本等因素严重限制了其发展。因此,许多科研工作者将目标转向了钾离子电池。钾离子电池具有资源丰富、价格低廉、能量密度高等优点。尽管,近年来钾离子电池已经取得了很大的进展,但仍然面临着诸多挑战,尤其是金属钾与电解液间存在严重的界面副反应,导致较低的库仑效率,严重限制了电池的使用寿命。因此,开发性能优异的电解液是未来钾离子电池发展的关键。

最近,华北理工大学刘山教授和天津大学罗加严教授(共同通讯作者)系统阐述了钾离子电池电解质的研究现状。该论文首先总结了常见非水系电解质的种类,分别从溶剂、钾离子盐和添加剂三方面展开叙述。相比酯类电解液,醚类电解液具有更好的热力学稳定性好,有助于形成均匀致密的SEI层。此外,钾-二甲醚电解液由于其小的stokes半径相比常规酯类电解液表现出了较好的动力学性能。由于溶解度不高及反应产物(SEI)不稳定等因素,传统KPF6基电解液库伦效率低,循环性能差。而新型KFSI、KTFSI基电解液表现出了更加优异的性能。同时应该注意到盐浓度对电极/溶液界面具有重要的影响。不同于锂/钠电池,在钾离子电池中,添加剂碳酸氟乙烯酯(FEC)会造成阳极极化严重,导致界面结构稳定性变差,不利于阳极在低电位下的循环性能。此外,该论文还对各种新型钾离子电解质(固态/聚合物电解质、离子液体、水系电解质等)进行了综述。

该综述论文有助于读者了解钾离子电池电解质面临的挑战及亟待解决的关键问题,为改善钾离子电池电解质性能和开发高能量密度钾离子电池提供了重要借鉴。相关论文“The Features and Progress of Electrolyte for Potassium Ion Batteries”发表在Small  (DOI:10.1002/smll.202004096)上。