新型离子液体电解质使纳金属电池更加安全

（图源：Nature）

近年来，高能量电池频频发生事故或爆炸。采用可燃有机电解质的可充电电池，在发生短路或热失控时，很容易着火或爆炸。现在随着电池能量密度增高，对电池安全性的要求也更高。因此，人们迫切需求开发下一代电池系统。据外媒报道，美国斯坦福大学的研究人员开发出一种氯铝酸盐离子液体电解质。采用这种电解液的可充电钠金属电池能量和功率密度较高、循环寿命长，具有良好的安全性。

这种电解液由氯化铝/1-甲基-3-乙基咪唑氯/氯化钠离子液体和两种添加剂组成。在制备过程中，研究人员将无水AlCl3和[EMIm]Cl按1.5:1比例混合，形成室温离子液体。然后用过量的NaCl缓冲至中性，接着添加1wt%EtAlCl2和4wt%[EMIm]FSI，制成最终的Na–Cl–IL电解质。

通过热重分析发现，这种离子液体具有良好的热稳定性，在400℃时，仍无明显失重迹象。相比之下，普通有机电解质在132℃以上开始快速减重。所以，这种离子液体电解质具有非燃性，不易引起火灾，从而提高电池安全性。

另外，Na–Cl–IL电解质的离子电导率较高，在25°C达到9.2mS/cm−1，远远高出以往的离子液体电解质，因此能量和功率密度也较高。其次，由于氯铝酸盐与Na的反应和钝化，固体电解质界面膜（SEI）组分中含有独特的AlOx和NaCl，有利于稳定Na电镀/剥离循环，使循环寿命超过700次，是所有报道过的离子液体电解质电池中最长的。

根据测试，采用这种电解质的纳金属电池，电压达到4V，库仑效率高达99.9%，能量和功率密度分别为420Wh/kg和1766W/kg。经过700次循环后，电池能保持90%以上的原始容量。研究人员表示，此次的研究结果对未来的电解液设计具有一定指导意义，不仅能提高钠金属电池的安全性和性能，而且有望应用至其他类型的电池，如锂离子电池和钾电池。