含氟电解质带来四季适用锂电池

科技日报讯 （记者张梦然）许多电动汽车的车主担心他们的电池在非常寒冷的天气里会失效。美国能源部阿贡国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室科学家开发了一种含氟电解质，即使在低于0℃的温度下也能很好地发挥作用。研究成果发表在最近的《先进能源材料》上。

目前锂离子电池主要问题在于液体电解质这个关键组件。在低温下，含有碳酸盐溶剂的电解质会开始冻结，失去将锂离子输送到阳极的能力，严重限制了在寒冷地区和季节充电的有效性。这其实是由于锂离子在溶剂簇中紧密结合。因此，与在室温下相比，这些离子需要更高的能量来排出其团簇并穿透界面层。

新研究可以定制电解质溶剂的原子结构，以设计适用于零下温度的新电解质。该团队分析了几种含氟溶剂，并确定在零下温度下从团簇中释放锂离子具有最低能量势垒的成分。最终，团队不仅发现了一种防冻电解液，其充电性能在-20℃时不会下降，而且还在原子水平上发现了它如此有效的原因——这取决于氟原子在每个溶剂分子中的位置及其数量。

在实验室进行的电池测试中，该团队的氟化电解质在-20℃条件下保持了400次充放电循环的稳定储能容量。即使在零下的温度下，其容量也相当于室温下使用传统碳酸盐基电解质的电池的容量。

此外，该防冻电解质具有额外的特性。它比目前使用的碳酸盐基电解质安全得多，因为它不会着火。

这种低温电解质有望用于电动汽车中的电池，以及电网和消费电子产品（如计算机和手机）。