陈军院士“IF＞60顶刊”：“含氟溶剂电解液”大讲堂！

【研究背景】自1991年以来，锂电池的性能取得了巨大进步，然而，电解液溶剂，作为影响锂电池性能的关键因素，目前仍以碳酸基为主，面临与新型电极结合性能不佳、高电压下负极稳定性差、与锂金属不相容、温度耐受性差以及安全性问题等挑战。因此，探索新型电解液以适应高能量密度锂电池体系变得尤为重要，策略包括溶剂的分子结构工程设计、离子液体和合成固体电解质等。引入具有功能基团或独特组分的溶剂，如含氟溶剂，可以克服传统电解液的许多问题，如不稳定界面、极端温度下快速容量衰减和高可燃性等。然而，对含氟溶剂的深入研究和理解仍需关注氟原子数量、位置对电解液物理化学性质的影响、不同溶剂对氟的影响、含氟后电解液溶剂化结构和界面相容性变化等关键问题。这些研究对于揭示含氟电解液设计原理、合成方法与电化学性能之间的关系，以及指导氟化电解液进一步发展具有重要意义。【文章简介】近期，南开大学陈军院士团队在《化学学会评论》上发表了题为“含氟溶剂电解液的新兴电解液”综述文章，深入探讨了含氟溶剂基本性能、研究进展以及新型含氟溶剂合成方法和反应机理。文章结合了对不同电池体系电解液溶剂选择的建议，对未来含氟电解液发展方向提出前瞻性观点，对电池领域研究人员设计高性能锂基电池体系具有重要指导作用，有助于开发高安全性、实用化的电池体系。【内容简介】本文从含氟溶剂的基本参数和设计原则出发，探讨电解液参与的电化学过程及其影响因素，分析了溶剂或电解液基本参数如何通过设计原则得到优化。在深入分析不同类型的溶剂进展和问题的基础上，总结了先进含氟溶剂的设计策略，包括低粘度高溶剂化能力、宽液相线和高闪点、宽电化学窗口或界面兼容性好、轻质润湿性、低成本和环保等。文章详细描述了含氟电解液的物理性质、溶剂化结构、界面化学、离子传输、氧化电位、高温和低温性能、集流体溶解、安全性以及气体释放等关键特性，比较了不同氟化溶剂的关键参数差异，为研究人员提供了深入理解含氟电解液性能和应用的指南。本文还对含氟溶剂的合成策略进行了讨论，包括形成新C-F键和功能化修饰含氟分子的方法。对于合成策略的详细分析，包括直接氟化法、卤素交换法、脱氧氟化法、电化学氟化法等不同氟化方法的优点和缺点，有助于理解并优化含氟溶剂的合成过程。此外，本文通过对比不同氟化溶剂的关键参数，如传输能力、负极稳定性、正极稳定性、润湿性、高温性能、低温性能和可燃性等，为研究人员提供了含氟溶剂的选择依据。对于氟化酯、氟化醚、氟化砜、氟化磷等不同类型的氟化溶剂，本文分别讨论了其性能和应用，特别是氟化酯的负极稳定性、电压窗口，氟化醚的金属锂负极兼容性，氟化砜的高压电解液应用，氟化磷在安全性方面的潜在应用，以及氟化溶剂中接枝酯或醚官能团和多官能团改性的含氟溶剂的设计。最后，文章对不同电池体系的溶剂选择原则进行了阐述，包括高电压、快速充电、锂金属负极兼容性、低温性能和安全性。【全文总结】综上所述，本文系统地介绍了含氟溶剂电解液的基本性质、应用实例、合成策略以及选用原则，并在此基础上展望了新型含氟溶剂的未来发展，包括先进合成策略、先进表征技术、结构和功能相关性、自适应氟化溶剂体系、机器学习和可持续发展等方面。通过深入研究含氟电解液的设计理念与研究进展，本文为开发高性能电解液提供了重要指导，有助于电池领域研究人员全面理解含氟电解液的潜力与挑战，推动高能量密度、高安全性电池体系的创新与应用。