长侧链磷酸酯重构钾离子溶剂化，使不可燃电解液兼顾石墨与普鲁士蓝电极

学术圈重大事件 · 发布 2026-08-14T12:40:00+08:00 · 更新 2026-08-14T12:40:10+08:00

核心结论

Nature Communications 报道一种面向钾离子电池的不可燃磷酸酯电解液设计。三（2-丁氧基乙基）磷酸酯通过醚氧与磷酰基氧多位点螯合 K+，同时借较大分子结构提高阴离子相对溶剂的比例，促成兼容正负极的稳定界面。石墨负极 800 圈后容量保持率为 92.7%，普鲁士蓝正极在 4.2 V 下 3200 圈后为 88.6%，全电池 1500 圈后为 80.3%；工程价值仍取决于负载、温度和规模化安全验证。

Nature Communications 8 月 14 日发表一项钾离子电池不可燃电解液研究。钾资源丰富，石墨又能可逆嵌钾，使钾离子体系成为部分储能场景的候选；但 K+ 尺寸较大、界面反应复杂，常用有机电解液的可燃性也带来安全负担。磷酸酯溶剂通常难燃，却常因强溶剂化和过多游离溶剂而与石墨负极或高电压正极不兼容，安全性与循环稳定性长期存在取舍。

团队采用“强配位加阴离子强化溶剂化”的分子设计，把加长的功能化侧链接到磷酸酯骨架上。得到的三（2-丁氧基乙基）磷酸酯可由醚氧 C–O–C 与磷酰基 P=O 协同提供多位点螯合，稳定结合 K+；较大的分子结构又提高局部阴离子相对于溶剂的比例，使阴离子更多参与第一溶剂化壳层和界面反应。研究者据此减少会持续分解的游离溶剂，并推动正负极表面形成更稳定的电极—电解液界面。

性能数据覆盖两个半电池方向和全电池。出版社摘要给出的结果是：石墨负极在 100 mA g−1 下循环 800 圈后保持 92.7% 容量；普鲁士蓝正极在 4.2 V、100 mA g−1 下循环 3200 圈后保持 88.6%；石墨—普鲁士蓝全电池在 500 mA g−1 下循环 1500 圈后仍保持 80.3%。这组结果的重要性在于，同一不可燃溶剂体系同时处理还原性负极和较高电压正极，而不是只在惰性电极或单侧半电池中展示稳定性。

不过，循环圈数不能单独代表工程成熟度。摘要未说明所有测试的面容量、电解液用量、负极与正极容量配比、宽温性能及滥用条件；高倍率下的容量基准也需要结合初始值判断。磷酸酯分子的合成成本、黏度、盐溶解度、回收与长期副产物会影响量产。后续应在高负载、低电解液比和大容量软包中复核能量密度与寿命，并用针刺、过充、热箱和气体分析量化“不可燃”能否转化为系统级安全收益。

信息来源

• Nature Communications 论文页
• DOI

可信度说明

来源为 Nature Communications 同行评议论文原始页面，可核验三（2-丁氧基乙基）磷酸酯、多位点 K+ 螯合、阴离子强化溶剂化以及石墨、普鲁士蓝和全电池循环数据。结果支持分子设计和实验室电池性能，但摘要不足以核验高面容量、低电解液比、宽温及软包滥用安全，工程外推需保守。

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