日本北陸先端科學技術大學開發新型電解液添加劑「FPTI (Pentafluorophenyl Thiophene Imine)」,可在石墨負極表面優先形成穩定的固態電解質界面膜(SEI),有效抑制電解液分解及界面副反應,並提升負極耐久性。FPTI含高密度氟元素,其最低未占分子軌域(LUMO)能階低於一般電解液成分與黏結劑,因此在充電過程中可優先發生還原反應,進而形成保護膜。
以石墨/鋰半電池進行測試,添加4 mg/mL FPTI後,SEI阻抗由7.6 Ω降至2.2 Ω,電荷轉移阻抗由41.8 Ω降至19.8 Ω;鋰離子擴散係數亦提升約一個數量級。長期循環測試中,以約200次循環時的最大容量為基準,經1,000次充放電後,未添加FPTI的容量維持率為62.7%,添加2 mg/mL及4 mg/mL則分別達89.4%與95.6%,顯示FPTI可有效抑制容量衰退。附圖可見,FPTI添加量提高後,容量衰退明顯減緩。
研究進一步以NMC811正極與石墨負極組成全電池,先以4 mg/mL FPTI處理負極形成SEI,再使用不含FPTI的電解液組裝電池,所得能量密度約233 Wh/kg。此技術僅需添加少量FPTI,無須大幅修改既有製程與設備,具導入現有電池製造流程的潛力,未來可望應用於高耐久、長壽命鋰離子電池等。