对于诸如便携式电子设备和运输之类的应用，非常需要增加电池能量密度。然而，虽然大多数电解质具有高离子电导率但其电化学稳定性比较差，使得许多下一代电池在电解质选择时，受到限制。例如，基于醚的电解质具有高离子电导率，但在4 V以上时氧化不稳定，这导致具有较高能量密度的高压正极材料的限制使用。相反，氢氟醚（HFE）虽然具有高氧化稳定性，但不溶解锂盐，离子电导率较差。近日，斯坦福大学崔屹，鲍哲南等人设计了一种将醚的高离子电导率与氟化化合物的高氧化稳定性结合成单一新型氟化醚化合物的新策略。

文章要点：

1）研究人员采用共价方法，将氟化核心与醚“端基”共价结合。氟化核可导致较高的氧化稳定性，并以高的电荷截断率支持富Ni的正极，如LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂（NMC 811），而醚基则使化合物充满了高盐溶解度和离子性电导率。采用这种方式，研究人员设计完成了多种具有离子导电的新型氟化醚化合物。这些化合物在30°C下的离子电导率高达2.7x10 ^-4 S/cm，氧化电压高达5.6 V（四甘醇二甲醚为4 V）。

2）研究发现，LiFSA酰亚胺盐在典型浓度为1 M的这些氟化醚存在下不会腐蚀铝，该氟化电解质具有类似于商业碳酸盐电解质的氧化稳定性，同时能够实现有效的锂金属循环。

3）研究人员将四甘醇二甲醚与广泛使用的氢氟醚进行简单混合发现，混合物仍具有较低的氧化稳定性。因此，将醚和氟化链段共价结合的方法可实现高离子电导率和高氧化稳定性。

4）研究人员通过NMR和MD模拟，探索了这种氟化醚结构-性质之间的关系，研究发现，随着醚段的增加和氟段的缩短，氟化醚中的离子电导率会增加。因此，高离子转移数是由于阴离子与氟化链段之间的特定相互作用。

5）研究人员使用NMC 811作为正极制造了负载为4 mg/cm²的电池，使用这些氟化醚可以将电池循环100次以上，并且电流速率高达C/5。

简而言之，该研究表明，具有高离子电导率和高电化学稳定性的新分子设计是合理设计下一代电池的新策略。

Amanchukwu, Chibueze, et al, A new class of ionically conducting fluorinated ether electrolytes with high electrochemical stability, J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI：10.1021/jacs.9b11056

https://doi.org/10.1021/jacs.9b11056