含氟電解液 提高儲能鋰電池安全性
鋰離子電池因其高能量密度以及高的操作電壓被廣泛應用于移動電子以及電動汽車中。但進一步提升鋰離子電池的容量或者電壓是建立在犧牲更多的安全性之上。傳統的鋰離子電池電解液是高度活潑的LiPF6等鋰鹽與碳酸酯類溶劑的結合，然而傳統有機溶劑的高揮發性，鋰鹽的活潑性，電解質整體的可燃性給電池帶來了很多熱穩定性方面的隱患。相比于熱響應性組件，開發高熱穩定性和電化學穩定性的不可燃電解質是解決電池安全問題的經濟方便且有效策略，但其一直缺乏合適的溶劑選擇，之前文獻報道的磷酸酯類溶劑存在不兼容石墨，不耐高壓等一系列問題，嚴重阻礙其進一步實際應用。
日本東京大學Eiichi Nakamura和Atsuo Yamada教授（共同通訊作者）課題組基于上述問題，合成了氟化環狀磷酸酯溶劑：2-(2,2,2-三氟乙氧基)-1,3,2-二氧磷雜環戊烷-2-氧化物（TFEP）作為主溶劑，用于高操作電壓及高安全性的鋰離子電池。該工作于2020年3月2日在線發表于國際頂級期刊Nature Energy.
東京大學研究員通過新TFEP電解液提高鋰電安全性
圖片來源：東京大學
東京大學研究人員山田敦雄教授表示：“電池的電壓主要受到電解質材料的限制。當前鋰離子電池中的電解質溶劑依然使用1990年代初剛剛商業化所使用的溶劑。因此我們找到了改進的方法。我們的新型氟化環狀磷酸鹽溶劑（TFEP）電解質大大改進了現有的碳酸亞乙酯（EC）。”
據了解，TFEP溶劑分子中的環狀碳酸酯分子結構可以形成穩定的固體電解質中間相，而有機磷酸酯分子結構可以捕獲氫自由基并防止燃燒。將0.95 M LiFSI溶于TFEP和2,2,2-三氟乙基甲基碳酸酯（FEMC）共溶劑，發現其具有高度不可燃性和零自熄時間，且能夠在石墨負極和高電壓LINi0.5Mn1.5O4（LNMO）正極中穩定運行。該項工作首次賦予了較低濃度下電解液的不可燃性與耐高電壓性質。
“出乎意料的是，新的電解質溶劑可以將電池電壓從當前的3.8 V增加到4.6 V，還可以延長電池壽命。我們為這一進展感到驕傲，它的有效性讓人有點吃驚。這是因為我們提出TFEP的方法本身就很新穎。大多數關于電解質的研究都是摸著石頭過河的。我們的方法來自于對潛在分子結構的理論理解。在實驗驗證之前，我們預測了安全的高電壓特性。所以，這真是個意外的驚喜。”