适用于高能量密度和低温环境的新型电池电解液

过去几十年，电化学器件的电解质溶剂主要以氧（O）基和氮（N）基配体为主1,2,3,4,5。这类配体通过偶极-离子（如锂离子、钠离子等）相互作用实现离子的解离与传输，但同时也会阻碍电解质-电极界面的电荷转移过程6,7,8,9。本研究通过合成具有单氟代结构的烷烃发现，具有特定空间位阻和路易斯碱性的氟（F）基配体能够实现超过2 mol/L的盐溶解。其中，以1,3-二氟丙烷（DFP）为基础的锂离子电解质具备高能量密度和低温电池所需的全部优点，包括低粘度（0.95厘泊）、高氧化稳定性（>4.9伏）以及在-70°C时0.29毫西门子/厘米的离子电导率。通过将氟原子引入第一溶剂化壳层，弱氟-锂离子配位作用促进了锂的沉积/剥离过程，在-50°C时库仑效率（CE）高达99.7%，交换电流密度比氧-锂离子配位体系高一个数量级。该电解质还能使锂金属软包电池在电解液用量低于0.5克/安时的条件下工作，在室温下能量密度超过700瓦时/千克，在-50°C时约为400瓦时/千克。本研究中的氢氟碳（HFC）电解质为构建超越传统配位化学的电化学系统提供了一种可行方法。