高能量密度锂电池广泛应用于电动汽车和便携式电子产品，但面临热失控和爆炸的严重安全风险。目前的解决方案，如阻燃添加剂或固态电解质，通常会损害能量密度或制造性，难以平衡电池性能和安全性。为解决这一难题，该工作提出了一种锂电池全阶段智能热响应添加剂（氟代苯并噁嗪）的解决方案。在电池正常循环期间，该添加剂参与形成稳固的固态电解质界相（SEI/CEI），从而增强电池循环稳定性和提高循环寿命。在锂电池发生热失控时，其迅速聚合成绝缘的热固性聚苯并噁嗪树脂凝胶，阻断正负极电化学串扰与抑制电解液副反应发生，将锂电池的热失控阈值提高34.5℃-43.9℃。

2025年8月25日，相关成果以“A Thermoresponsive Electrolyte Additive for High-Energy, Long-Cycling, and Safe Lithium Batteries”为题发表至Joule期刊上，论文通讯作者为南方科技大学（南科大）王军教授、SES AI许康博士、南科大邓永红教授、南科大徐洪礼副教授；共同第一作者为曾雍（现华南理工大学博士二年级）与刘方正（现香港科技大学博士四年级）。

解决锂电池高能量密度与安全需求的根本冲突是锂电池研究中非常棘手的问题。目前工业生产中广泛应用的硫酸乙烯酯（DTD）、甲烷二磺酸亚甲酯（MMDS）等热稳定性添加剂，其机理旨在增强SEI热稳定性，从而提高热失控失效第一阶段（TR-1）的阈值温度。然而，该方法在TR-1过程有效，且在更极端的滥用场景中被证明是无效的。阻燃添加剂，如自由基猝灭单体（例如有机磷等），在中和由溶剂分解和阴极电极的失效产生的大量自由基方面非常有效。但有机磷添加剂在大多数情况下也会带来电池性能下降等问题。全固态电解质（ASSE）具有高的尺寸和热稳定性以及突出的机械强度，使其成为解决电池安全问题的理想解决方案。不幸的是，ASSE的大规模应用受到从基础科学到工程问题的诸多挑战。近年出现的新型热响应电解质，可在特定温度下发生物理或化学转化成为绝缘状态，从而防止灾难性的热失控后果。然而这些设计策略通常需要使用全新的电解质系统，不具备通用性和经济性。

为了解决这些难题，该工作报道了一个简单有效的策略，旨在消除与锂金属和NCM811材料相关的安全失控隐患。作者设计合成了3-苯基-7-（三氟甲基）-3,4-二氢-2H-1,3-苯并恶嗪（mCF₃-BA）作为锂电池全阶段智能热响应添加剂，以消除锂电池的热失控安全隐患。该添加剂在电池正常循环时可参与形成的稳固的CEI/SEI界相，在热失控下会发生快速聚合，从而达到电化学性能和安全性之间的平衡。该锂电池全阶段智能热响应添加剂的工作机理示意如下（图1）：（1）在电池正常循环期间，部分mCF₃-BA在电极表面聚合，参与形成均匀、富含LiF和耐高温的CEI/SEI界相。Li||NCM811锂金属电池的界相失效温度T₁从85.3 ℃提升至103.5 ℃，Si@Gr450||NCM811锂离子电池T₁从105.7 ℃提升至119.3 ℃；（2）随着温度升高至热失控阈值温度，mCF₃-BA发生快速聚合，在电池内形成绝缘的聚苯并噁嗪树脂凝胶，从而有效抑制负极和正极材料之间的化学串扰和电化学反应。Li||NCM811锂金属电池的热失控温度T₂从153.1 ℃提升至187.6 ℃，Si@Gr450||NCM811锂离子电池的T₂从142.8 ℃提升至186.7 ℃。

图1：热失控缓解策略示意图。

图2：BA/mCF₃-BA添加剂在Li||NCM811电池中的电化学稳定性与电化学表现。

图3：Li||NCM811电池CEI/SEI的表征。

图4：500 mAh Li||NCM811软包电池安全性能评估。

图5：1800 mAh Si@Gr450||NCM811软包电池安全性评估。

综上所述，该研究从电解液添加剂分子设计的角度出发，设计一种锂电池全阶段智能热响应添加剂（mCF₃-BA）。mCF₃-BA添加剂与传统高温添加剂相比具有显著的优越性，可在锂电池热失控全过程中发挥作用。这项工作为未来高能量密度和安全电池的实际应用提供了一个有前景的设计方案。（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102100