现有动力电池由正负极与电解液组成，后者负责为前两者（正负极）传输带电粒子（离子），从而使电池进行充放电。
动力电池工作原理 图源：网络
在高纬度地区，许多电动车车主对车辆在冬季出现续航缩水问题表示很头痛，造成这种情况的主因是电池内部电解液在零下开始冻结，影响两极间离子传输效率。
针对这种情况，各大企业与科研高校院所开始研发固态电解质的全固态电池开发。
现有锂电池结构 图源：网络
由于固态电池开发难度大，生产成本高，对现有锂电系液态电解质进行耐低温改良工作成为最现实与快捷的解决之道。
在今年5月17日，由美国能源部阿贡国家实验室与劳伦斯伯克利国家实验室组成的研发团队在华裔科学家张正成带领下，成功研发一种含氟的电解质，其可在零下20摄氏度低温中让电池正常运行。
阿贡国家实验室的新闻稿
时下锂电池大多使用六氟磷酸锂和碳酸亚乙酯为主的碳酸盐溶剂混合物，通过溶解剂盐形成液态电解质。
电池进行充电时，液态电解质将锂离子从阴极传输到阳极。在通过电解质传输时，锂离子处于四五个溶剂分子簇的中心。
张正成教授 图源：阿贡国家实验室
电池在最初的几轮充电期间，溶剂分子簇会撞击阳极表面并最终形成固态电解质界面的保护层。其只允许锂离子通过，阻挡溶剂分子，这样在充电时阳极可以将锂离子存储在石墨结构中，并在放电时进行释放，从而提供电力驱动车辆运行。
但在低温情况下，含碳酸盐溶剂的电解质会冻结，锂离子会被束缚在溶剂簇中，无法传输到阳极。对比室温情况下，这些锂离子需要更高能量来解除束缚并穿透界面层。
为此科研团队尝试使用氟化电解质，其凭借高氧化稳定性、稳定的界面形成和弱化溶剂能等优越性备受关注。
团队比较了三种氟化酯溶剂，分别是三氟乙酸乙酯 (EA-f)、三氟乙酸乙酯 (f-EA) 和三氟乙基三氟乙酸酯 (f-EA-f)。
三种氟化酯溶剂
首先，研究团队计算三种溶剂与锂离子的结合能，并在共溶剂试验中证明氟化效应让氟化酯溶剂结合能更强，对溶化剂结构理解得到了加深，这对SEI层形成了解很关键。
为了解SEI层和改性溶剂化结构对界面电阻的影响，研发团队测量了NMC622/石墨电池在三个形成周期后进行温度依赖性电化学抗阻谱EIS。显示三氟乙酸乙酯在-20℃电阻为207Ω，三氟乙酸乙酯为375Ω，再结合阳极与阴极的电荷转移电阻分量分析，判断三氟乙酸乙酯电解质中的弱化剂结构在改进的SEI层支持下改善了界面动力学。
氟化的高氧稳定性可以保证电池持续安全运行，研究团队将含有二氟草酸硼酸锂添加剂的三氟乙酸乙酯电解质电池与传统电池进行电压保持测试，前者保持高达4.9V的低漏电流，而后者漏电趋势继续存在，这证明氟化物电解质可用于高压阴极。
随后，团队在25℃与-20℃下对氟化物电解质进行了倍率能力测试，结果证明采用三氟乙酸乙酯电解质的锂金属电池在常温与低温情况下均可保持最佳容量保持率。
相关研究已经发表在国际期刊
在300次低温情况下循环测试后，含有二氟草酸硼酸锂添加剂的三氟乙酸乙酯电解液保持97%的容量，500次后保持85%，这说明新型电解液可实现快速充电与低温情况下优秀的稳定性。
整个实验证明了氟化物电解液不易燃、可承受高压充电且在低温情况下保持稳定运行，这为低成本四季动力电池开发指明了方向。