Подобряването на енергийната плътност на литиево-йонните батерии често идва с увеличаване на рисковете за безопасността. Текущата основна електролитна система се основава на карбонатни разтворители, които имат ниски точки на възпламеняване и са запалими и летливи. При условия на злоупотреба, като презареждане, късо съединение или висока температура, те са силно склонни да причинят термично бягство, което води до пожари на батерията или дори експлозии, представляващи сериозни опасности за безопасността. При работни температури над 50 градуса, страничните реакции между електрода и електролита ще се ускорят рязко, което ще доведе до бързо намаляване на капацитета на батерията и ограничаване на нейното надеждно приложение в широк температурен диапазон. Разтворителите-забавители на фосфатни естери се считат за идеална алтернатива на карбонатните разтворители. Дългогодишният -проблем с несъвместимостта с графитните аноди обаче възпрепятства комерсиализацията им: при конвенционални или ниски-концентрации на сол, електролитите от фосфатни естери не могат да образуват стабилен интерфейс с твърд електролит (SEI) на повърхността на графитните аноди и електролитът ще бъде съвместно -вграден в графитните междинни слоеве с литиеви йони, причинявайки непрекъснато разлагане и структурни повреди.
Понастоящем екип е синтезирал новаторски нов тип шест-пръстенен флуориран разтворител на естер на фосфорна киселина, наречен 2-(2,2,2-трифлуороетокси)-1,3,2-диоксафосфоринан-2-оксид (HTP). В сравнение с традиционния пет--членен пръстенен естер на фосфорна киселина, шест--членната пръстенна структура на HTP има по-ниско напрежение на пръстена, което значително подобрява термичната стабилност и химическата стабилност на молекулата от термодинамична гледна точка и инхибира страничните реакции, като разграждане с отваряне на пръстена. Въз основа на това екипът избра три-(2,2,2-трифлуороетил) фосфат (TFEP) като съразтворител и координиран с литиев бис(флуоросулфонил)имид (LiFSI) сол, като успешно конструира електролитна система с естер на изцяло фосфорна киселина с ниска концентрация с концентрация на литиева сол само 1,2M. Основното предимство на този електролит се състои в това, че чрез уникални взаимодействия между разтворителите, той регулира структурата на солватация на литиевите йони, като по този начин предизвиква образуването на стабилен и плътен SEI филм върху графитния анод, преодолявайки проблема със съвместимостта.
Тази работа се основава на нов тип разтворител на естер на хексациклична фосфорна киселина (HTP) и успешно конструира електролит с ниска-концентрация на изцяло-фосфорна киселина. Този електролит, със своя широк електрохимичен прозорец, изключително висока точка на възпламеняване и отлично забавяне на пламъка, позволява на 4,5 V графитна||NMC811 батерия да работи стабилно при до 100 градуса и преминава строги тестове за безопасност, като пробиване, пробиване през тясното място, където традиционните електролити е трудно да балансират висока безопасност и високо напрежение и висока-температура.
