美国能源部阿贡国家实验室的科学家们发现了一种氟电解质，它可以保护下一代锂金属电池免受性能下降的影响。 

氟，特别是以氟化钠的形式，被纳入许多牙膏中，以保护牙齿不被腐蚀。这种化合物也可能是推动非锂离子电池的关键。

根据阿贡研究人员的说法，与锂离子电池相比，这种设备的化学成分在一定体积或重量下可提供两倍或更多的能量储存。它们可以为汽车提供更远距离的动力，甚至有一天可以为长途卡车和飞机提供动力。人们期望，这种电池的广泛使用将有助于解决气候变化问题。主要的问题是，它们的高能量密度随着反复充放电而迅速下降。

"首席研究员John Zhang在一份媒体声明中说："采用我们的氟化阳离子电解质的锂金属电池可以大大促进电动汽车行业的发展，而且这种电解质的用处无疑还可以延伸到锂离子以外的其他类型的先进电池系统。

Zhang指出，其中一个主要竞争者的阳极是由锂金属制成的，而不是通常用于锂离子电池的石墨。因此它被称为 "锂金属 "电池。阴极是一种含有镍、锰和钴（NMC）的金属氧化物。虽然它可以提供比锂离子电池多一倍的能量密度，但这种出色的性能在不到一百次的充放电循环中迅速消失。 

改变电解质

该团队的解决方案涉及改变电解质，这是一种液体，锂离子通过它在阴极和阳极之间移动以实现充电和放电。在锂金属电池中，电解质是一种由溶解在溶剂中的含锂盐组成的液体。

循环寿命短的问题的来源是，在最初的几个循环中，电解质没有在阳极表面形成一个足够的保护层。这层也被称为固体电解质-中间相（SEI），就像一个守护者，允许锂离子自由进出阳极，分别对电池进行充电和放电。

为了解决这个问题，阿贡的科学家们发现了一种新的氟化物溶剂，可以在数百个循环中保持一个强大的保护层。它将一种带正电的氟化物成分（阳离子）与另一种带负电的氟化物成分（阴离子）结合起来。这种组合被称为离子液体。 

"张说："我们的新电解质的关键区别是在离子液体的阳离子部分的环状结构中用氟原子替代了氢原子。 "这使得在测试的锂金属电池中的数百个循环中保持高性能的所有区别。"  

保护层

在阿贡领导计算设施的Theta超级计算机上进行的模拟显示，在任何充放电循环之前，氟阳离子粘附并积累在阳极和阴极表面。然后，在循环的早期阶段，形成了一个有弹性的SEI层，比以前的电解质所能做到的要好。 

高分辨率电子显微镜显示，阳极和阴极上的高度保护性SEI层导致了稳定的循环。 

因此，该团队能够调整氟化物溶剂与锂盐的比例，以创建一个具有最佳性能的层，包括一个不会太厚或太薄的SEI厚度。因为有了这个层，锂离子可以在数百个循环的充电和放电过程中有效地进出电极。

该小组指出，新的电解质还具有许多其他优势。它是低成本的，因为它可以用极高的纯度和一个简单的步骤而不是多个步骤来制造。它是环保的，因为它使用的溶剂少得多，而溶剂是挥发性的，可能会向环境释放污染物。而且它更安全，因为它是不易燃的。

"张说："使用我们的氟化阳离子电解质的锂金属电池可以极大地促进电动汽车行业的发展。"而且这种电解质的用处无疑延伸到了锂离子以外的其他类型的先进电池系统。

来源：www.mining.com

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