Збільшення щільності енергії літій-іонних акумуляторів часто супроводжується збільшенням ризиків для безпеки. Поточна основна електролітна система заснована на карбонатних розчинниках, які мають низькі температури спалаху, є легкозаймистими та леткими. За умов зловживання, таких як перезарядження, коротке замикання або висока температура, вони дуже схильні до перегріву, що призводить до займання або навіть вибуху батареї, створюючи серйозну загрозу безпеці. При робочих температурах вище 50 градусів побічні реакції між електродом і електролітом різко прискоряться, що призведе до швидкого зниження ємності батареї та обмеження її надійного використання в широкому діапазоні температур. Вогнестійкі-розчинники фосфатних ефірів вважаються ідеальною альтернативою карбонатним розчинникам. Однак давня -проблема несумісності з графітовими анодами перешкоджає їх комерціалізації: у звичайних або низьких-концентраціях солі електроліти з фосфатного ефіру не можуть утворювати стабільну поверхню розділу твердого електроліту (SEI) на поверхні графітових анодів, і електроліт буде спільно -впроваджуватися в прошарки графіту з іонами літію, спричиняючи безперервне розкладання та пошкодження конструкції.
Наразі команда інноваційно синтезувала новий тип розчинника фторованого ефіру фосфорної кислоти з шести-кільцевим кільцем, який отримав назву 2-(2,2,2-трифторетокси)-1,3,2-діоксафосфоринан-2-оксид (HTP). Порівняно з традиційним п’яти-кільцевим ефіром фосфорної кислоти, шести-кільцева структура HTP має нижчий натяг кільця, що значно підвищує термічну стабільність і хімічну стабільність молекули з термодинамічної точки зору та пригнічує побічні реакції, такі як розкладання з розкриттям кільця. Виходячи з цього, команда вибрала три-(2,2,2-трифторетил) фосфат (TFEP) як співрозчинник і скоординувала його з літієвою біс(фторсульфоніл)імідною (LiFSI) сіллю, успішно сконструювавши електролітну систему низької концентрації, що складається з ефіру фосфорної кислоти, з концентрацією солі літію лише 1,2 М. Основна перевага цього електроліту полягає в тому, що завдяки унікальним взаємодіям між розчинниками він регулює структуру сольватації іонів літію, тим самим викликаючи утворення стабільної та щільної плівки SEI на графітовому аноді, долаючи проблему сумісності.
Ця робота базується на новому типі розчинника гексациклічного ефіру фосфорної кислоти (HTP) і успішно створила повністю-концентрований електроліт фосфорної кислоти з низькою-концентрацією. Цей електроліт із широким електрохімічним вікном, надзвичайно високою температурою спалаху та відмінною стійкістю до полум’я забезпечує стабільну роботу графітової батареї 4,5 В||NMC811 при температурі до 100 градусів і проходить суворі випробування на безпеку, такі як прокол, прориваючи вузьке місце, де традиційним електролітам важко збалансувати високу безпеку, високу напругу й-температуру.
