钾离子电池（PIBs），锂电的“平替”选手——钾资源丰富、成本低廉，且工作电压较高，被视为下一代大规模储能的候选者之一。但钾离子电池有一个致命短板——电解质易燃，且与电极兼容性差。传统的磷酸酯类阻燃溶剂（如磷酸三甲酯TMP）虽然“烧不起来”，但它们对钾离子的溶剂化能力太强，导致严重的副反应，循环寿命极短。

湖南大学鲁兵安教授、文双春教授团队通过侧链工程设计了一种新型磷酸酯溶剂——三(2-丁氧基乙基)磷酸酯（TBXP），在同一个分子中实现了强配位和阴离子增强溶剂化结构的兼容，让不燃电解质同时具备优异的负极和正极兼容性。

成果于2026年8月14日发表于《自然-通讯》。

石墨负极在100 mA/g下循环800圈容量保持92.7%，4.2 V普鲁士蓝正极3200圈保持88.6%，石墨||PB全电池1500圈保持80.3%。软包电池针刺不起火、过充不热失控。

侧链工程“一箭双雕”

传统阻燃磷酸酯（TMP/TBP）要么溶剂化太强（TMP），要么因空间位阻只能形成单齿配位（TBP）。团队将含醚氧（C-O-C）的长侧链接入磷酸酯骨架，得到TBXP。两个关键效应：

强配位：TBXP的P=O和侧链C-O-C基团协同形成多齿螯合，与K⁺的结合能高达-2.35至-2.59 eV（远高于TMP的-1.36 eV和TBP的-1.53 eV），强配位有效降低了溶剂分子的反应性。

阴离子增强溶剂化：TBXP的大分子体积使体系中阴离子/溶剂比有效提高，FSI⁻阴离子更易进入K⁺的初级溶剂化鞘层（图2g），AGG比例达36.5%（远高于TMP的10.4%），促进阴离子衍生的无机富集界面形成。

Figure 1

负极界面：SEI阴离子主导，800圈稳如磐石

K||石墨电池在TBXP电解液中首圈库仑效率85.5%（TMP仅78.1%，TBP仅62.3%）。800圈后容量保持92.7%，平均库仑效率99.4%。而TMP仅400圈就剩19.6%，TBP仅189圈即失效（图3c）。

XPS深度剖析显示，TBXP体系中SEI的S:P原子比高达1.28（TMP仅0.24，TBP仅0.36），证明SEI主要由FSI⁻阴离子分解产物（KF、KₓSᵧ）构成，溶剂分解（P元素）被有效抑制（图3f-h）。DRT分析证实SEI在10圈后即稳定，100圈后几乎不变（图3i-j）。

正极界面：抑制铝箔腐蚀，3200圈88.6%

TBXP电解液将Al腐蚀电流从TMP的~0.35 mA/cm²降至~25 μA/cm²（图4b），腐蚀被近乎完全抑制。4.2 V K||PB电池3200圈容量保持88.6%，平均库仑效率99.7%（TMP仅80圈即失效，TBP 600圈后效率骤降）。CEI同样为FSI⁻主导的无机富集层。

Figure 3

全电池与安全：1500圈80.3%，针刺不起火

石墨||PB全电池在500 mA/g下1500圈容量保持80.3%，平均库仑效率99.2%（图5d）。软包电池在100 mA/g下95.3 mAh/g，150圈保持96.8%（图5f-g）。安全性测试：TBXP电解液软包电池针刺后最高温度仅~38°C（碳酸酯电解液~85°C）（图5i）；针刺不起火、不爆炸；过充至6V热成像显示温度几乎不变。DSC显示TBXP体系放热起始温度更高、总放热量更低。

Figure 5（全电池性能与安全评估）

论文信息：Reconciling strong coordination and anion-reinforced solvation structure enables nonflammable electrolytes for potassium-ion batteries，Nature Communications，2026，

DOI: 10.1038/s41467-026-76791-y

总结：

侧链工程设计TBXP溶剂（P=O+醚氧多齿螯合）→强配位（结合能-2.59 eV）+阴离子增强溶剂化（AGG 36.5%）→阴离子衍生无机富集SEI/CEI→石墨800圈92.7%、PB 4.2V 3200圈88.6%、全电池1500圈80.3%→针刺不起火、过充不热失控。