守旧的碳酸盐基锂电池电解质正在温和的操作条目下具有优异的本能，但它是一种易燃物，正在必然的温度和压力下，极易激发失火等全隐患。鉴于此，为了提升了锂离子电池的安宁性和电池本能，韩国忠南大学Seung-Wan Song课题组策画出了一种用于锂离子电池的安宁且不易燃的耐火电解液，该耐火液体电解质由碳酸亚丙酯和含2,2,2-三氟乙基的直链酯溶剂与 1 M LiPF6盐和氟代碳酸亚乙酯增加剂构成 (TFA- EL)。结果标明，正在 4.5 V 高压、45℃和 2C 倍率的苛刻条目下，用氟化直链酯齐全替换直链碳酸酯可形成耐火且本能优异的电解液，锂离子电池可出现出更高的能量密度，其轮回寿命高达500次轮回；与运用守旧电解质的电池比拟，运用该电解液后，石墨‖NCM622全电池出现出了更疾的充电速率。该使命知道地证据了电极-电解质界面牢固性与电池高度可逆轮回本能之间的强联系性。其余，运用该新型电解质后，工业化的石墨‖NCM811锂离子软包电池正在4.3 V充电电压、45℃和1C下轮回400次后，其容量照旧维持正在82%，安宁性也取得了明显的提升。该使命的电解质配方策画战略为斥地安宁、长轮回的高能锂离子电池供应了一条有用的途径。

图1a可能看出，将酯分子中的F原子调换为H原子可能提升电化学氧化牢固性，但斟酌到创筑题目，此设施仅限于三氟乙基。第二，将常用氟化酯机闭的烷基链中的F原子，比方二氟乙酸乙酯搬动到烷氧基链，可能取得2,2,2-三氟乙酸乙酯（TFA）和长链酯。当长链酯起首实行电化学氧化时，C-O-C的O原子遗失一个电子，随后C-O-C的C-O键被击穿，烷氧基链中F原子的存正在巩固了C-O键的牢固性，使其或许正在5 V（vs Li/Li+）以上的电压，告竣高氧化牢固性。第三，TFA易于创筑且本钱低，运用2,2,2-三氟乙醇行为工业上可用的反映物资料，TFA分子电解液具有很好的牢固，而且或许告竣大范围的贸易化出产。第四，凭据密度密度泛函计较结果显示，与守旧的碳酸丙烯酯（PC）溶剂比拟，TFA溶剂对锂离子的消融才智可能渺视不计。所以，TFA溶剂的弱溶剂化特征反而会巩固PC的溶剂化才智，从而局部了TFA的电化学领悟水平。所以，所取得的TFA分子希望对高压锂离子电池维持很好的化学牢固性。其余，与守旧的碳酸亚乙酯（EC）和碳酸甲乙酯类的电解质（EMC-EL）比拟，TFA-EL电解液具有不成燃特征（图1b, c）。

与守旧 EL 比拟， TFA-EL电解液对阳极牢固性具有巩固效率，这源于TFA分子比直链碳酸盐EMC具有更低的HOMO 能级（表1）。TFA分子的最低吞噬分子轨道 (LUMO) 能级低于 EMC，标明其较低的阴极牢固性，其余，线性扫描伏安图 (LSV) 标明，TFA-EL电解质也具有更高的阴极牢固性（表 1）。充电至 4.6 V的差示扫描量热 (DSC) 理会结果显示，NCM622正极资料正在耐火TFA-EL电解液中出现出更高的热牢固性。

分裂用TFA-EL和守旧FEC-EL电解液拼装石墨‖NCM622锂离子电池，并对电池本能实行比照。正在 4.5 V 的充电电压和 45℃高温下以 1 C的倍率充放电数据显示，TFA-EL电解液的电池显示出更小的电压衰减，其反映可逆性也取得了极大的改观（图 2a、b）。其余，TFA-EL电解液电池具有很好的轮回牢固性，190 mAh g-1的高放电容量和 100 次轮回后的容量维持率为 89%（图 2e）。712 Wh kg-1的初始能量密度，经历100次轮回后照旧或许维持正在620 Wh kg-1。值得细心的是，轮回进程中的库仑效力亲近100%，跨越了守旧FEC-EL电解液电池，注脚TFA-EL电解液或许有用地校正电池正在充电和放电进程之间地可逆性（图 2f），对锂离子电池的电化学本能和轮回寿命的提升有着主动的效率。

SEM图片揭示，经历100次轮回后，正负极样子特质与电解液之间的闭联。图3a显示，当运用FEC-EL守旧电解液时，次级粒子沿低级粒子之间的晶界显露裂纹，原始粒子的圆形特征渐渐消灭。而当运用TFA-EL电解液时，正在电极中没有鲜明的裂痕酿成，与初始样子基础类似，标明TFA-EL或许正在电极外观酿成特别的SEI膜，从而有用地维护电极样子的牢固（图 3b ）。X射线光电子能谱（XPS）集合全反射傅里叶变换红外（ATR-FTIR）光谱外观理会标明，Li 1s 光谱（图 3c）中，两个轮回正极均显示 LiF（55.6 eV）和 Li2CO3（54.8 eV）为重要物质，但运用TFA-EL电解质两种物质地强度更高（即更高的浓度）。正在 F 1s 光谱也显示出了一个鲜明的依赖于电解质的光谱特质（图 3d）。

正在运用TFA-EL电解液实行电池轮回后，ATR-FTIR图谱伺探到很强的新酯化合物特质峰（图 3e-i）。4.5 V全电池中轮回 NCM622 阴极的 XPS 和 ATR-FTIR 理会结果标明，正在具有TFA-EL电解液中，因为富含有机物（酯）和无机物（OPF3-y (OR)y 和 MF2)SEI膜的存正在，阴极外观发作了钝化景色。与守旧的 FEC-EL电解液比拟，SEI膜正在电极外观的笼盖率更高（图 3a，b）。图 3g 显示，运用TFA-EL电解液，轮回后的石墨阳极外观显露了优异的钝化，XPS 光谱知道地出现了（图 3h，i）SEI厚度、因素相闭与电解液相闭。正在 C 1s 光谱中，正在守旧FEC-EL电解液中的轮回阳极显示出鲜明的锂化石墨峰 LixC (282.8 eV)（图 3h-ii），这一结果标明晰死锂和重积锂的存正在。死锂和重积锂是锂枝晶孕育的泉源，会导致电池本能低重和电池起火。然而运用TFA-EL电解液或许有用预防电池起火和本能的衰减（图 3h-iii）。其余，正在TFA-EL电解液（图 3h-iii）中可能知道地伺探到TFA的领悟产品CF3 陈迹，这与 F 1s 光谱中的特质联系（图 3i-iii）。运用两种差异的电解液，轮回石墨阳极都显示出 LiF 和 LiPF6衍生的 LixPOyFz、LixPFy 和有机氟化磷的特质峰，但TFA-EL中的特质峰强度更大。拉曼光谱理会供应了相闭阳极-电解质界面反映对石墨机闭牢固性影响的音信。D波段 (ID) 与 G 波段 (IG) 的强度比是权衡机闭无序的目标；ID/IG越亲近原始值，注脚机闭越牢固。图 3j 显示，运用TFA-EL阳极-电解质界面更牢固。

其余，图 4a 呈现了石墨‖NCM622 锂离子全电池正在 2 C倍率下的 500 次轮回本能和库伦效力，正在45℃下，阴极活性子地负载的现实量为17.6 mg cm-2，电压正在 2.5 和 4.5 V 之间。与守旧FEC-EL电解液比拟，基于TFA-EL电解液的全电池具有更高的初始容量142 mAh g-1 初始容量，500次轮回后，容量耗损很小。其余，运用TFA-EL电解液的具有更低的界面电阻，不到守旧FEC-EL电解液电池的一半（图 4b）。石墨‖NCM811锂离子软包电池更进一步地证据了TFA-EL电解液的卓绝性，图4c所示，软包电池正在1 C和45℃下具有 200 Wh kg-1 的高能量密度，电压介于2.7 V和 4.3V 之间。轮回400次后，仍具有82%的高容量和 99% 的库仑效力。图 4d显示，TFA-EL电解液的软包电池的直流内阻 (DC-IR) 正在 400 次轮回中略有改变；然而，运用FEC-EL电解液的电池，正在轮回 400 次后，直流内阻上升到300%。为了检验电解液对电池安宁性的影响，对石墨‖NCM811锂离子软包电池实行了过充电测试，正在1 C倍率恒定电流充电跨越 10 V，图 4e显示电池的外观温度永远维持正在 61℃摆布。相反，正在守旧的FEC-EL电解液中，电池正在太甚充电时的皮肤温度会渐渐升高，到达450℃的极高温度，这极易惹起电池发作失火和爆炸变乱（图 4e）。

sed EL system; a) cycling performance and Coulombic efficiency and AC impedance spectra at the 500th cycle b) of graphite‖NCM622 Li-ion coin full-cells (cathode active mass loading of 17.6 mg cm–2) with traditiosed EL with 2 wt% FEC additive between 2.5 and 4.5 V at 2 C and 45 ℃. c) Cycling performance, d) DC-IR of 730 mAh graphite‖NCM811 Li-ion pouch cells (cathode active mass loading of 12.1 mg cm–2) with traditiosed EL with 2 wt% FEC additive at 1 C and 45 ℃. e) Safety (10 V overcharge abuse) test results for 730 mAh graphite‖NCM811 pouch cells.

该使命呈现了含1 M LiPF6的TFA-EL新型电解质，希望代替守旧的电解质编制，运用该电解液，富镍 NCM 化学基锂离子电池具有高截止电压（ 4.5 V）、耐高温（45 ℃）和高倍率（1-3 C）的本能。运用该新型电解液，NCM622全电池的阴极和石墨阳极上或许酿成结壮的SEI层。所以，阴极的金属消融、裂纹和机闭退化等题目取得了有用的缓解。耐火TFA-EL电解液，有用的提升了纽扣电池和软包电池的适用性和安宁性。本文提出的结果和争论为办理电池失火危害供应了新的机缘和优异的办理计划，最终为正在卑劣使命条目下，运用安宁高效的锂离子电池铺平了道道，更加是高倍率和高电压的前辈型锂离子电池。

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