随着储能系统在电子交通领域的蓬勃发展，近年来，人们对锂离子电池（LIBs）的安全性和能量密度等方面的要求越来越高，固体电解质锂离子电池（LMB）的研究活动重新兴起。采用固体聚合物电解质（SPEs）的锂金属聚合物（LMP）电池具有固有的安全性和易加工性，因此成为固态锂金属电池（SSLMBs）技术的热点。
然而，广泛使用的电解质盐一般含有三氟甲基（-CF3）基团，尽管它具有很强的吸电子能力，对SPEs中离子的溶解和传输至关重要，但其化学和生化降解性都很低。
基于以上现状，CIC Energigune研究所的Heng Zhang以及Michel Armand等在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“Trifluoromethyl-free anion for highly stable lithium metal polymer batteries”的论文。Lixin Qiao等为本文第一作者。
本文报道了一种不含三氟甲基的阴离子，双（二氟甲烷磺酰基）酰亚胺{[N（SO2CF2H）2]−，DFSI−}，作为高性能SSLMB的一种环境友好和界面友好的阴离子。与目前流行的双（三氟甲磺酰基）酰亚胺阴离子{[N（SO2CF3）2]-，TFSI−}相比，DFSI基盐能够更迅速的化学降解，其SPEs具有更高的纯锂导电性，显著提高了抗锂电极的稳定性，以及LMP电池的电池性能。这项工作所传达的结果可能会启发更好的SPEs的设计，从而使SSLMBs更广泛的实际部署成为可能。
常规的LIB包括两个具有不同氧化还原电势的插层电极（即，石墨化碳（0.05V vs. Li / Li +）和层状氧化物材料（4.1 V Li / Li+）作为负电极和正电极以及溶解在线性和环状碳酸盐溶剂（例如，碳酸二甲酯（DMC），碳酸乙基甲基酯（EMC），碳酸亚乙酯（EC）等）混合物中的六氟磷酸锂（LiPF6）的锂离子导电液体电解质（LE）。
4-V级LIB现在提供的重量和体积能量密度分别为〜250 Wh kg-1和〜700 Wh L-1，其他优于传统的电池技术，有铅酸电池（〜40 Wh kg-1和〜90 Wh L-1）或镍氢电池（〜80 Wh kg-1和〜300 Wh L-1）。
固体聚合物电解质（SPEs）是一种固体锂离子导体，它简单地由锂盐和弹性聚合物基体组成，具有良好的结构一致性、加工性和成本效益。
尽管与LE相比，SPEs通常对Li°的反应性较低，但在LMP电池中也观察到臭名昭著的“死Li°”和“树突状Li°”，这会导致低循环效率和突然的电池故障。事实证明，调节电解质配方（包括聚合物基体，盐和电解质添加剂）是有效的。例如，在PEO中嵌段硬质聚苯乙烯（PS）或使用多孔高模量聚酰亚胺（PI）基材可以增强SPEs的机械强度，从而抑制树枝状Li°的生长。添加无机填料，特别是纳米尺寸的颗粒或排列良好的纳米线可以极大地促进锂离子在电解质中的迁移，并降低Li°电极/ SPE相间的电阻，从而导致延长了Li°电极的循环寿命。
将盐阴离子固定到聚合物或无机颗粒上会限制阴离子种类的迁移率，并避免在充电/放电过程中出现浓度梯度，从而防止在Li°电极附近的阴离子耗尽和形成树枝状Li°。因此，通过修饰单个电解质组分来实现Li°的长期循环，对于理解电池性能背后的相互联系的化学方法至关重要。
本文中，作者证明了用含氢阴离子，（二氟甲烷磺酰基）-（三氟甲基磺酰基）酰亚胺{[N（SO2CF2H）（SO2CF3）]−，DFTFSI−}阴离子取代TFSI–，可通过与主链的氢键相互作用以及形成固体电解质界面（SEI）以及新物质（如LiF、LiH）而充分提高传统PEO基SPEs的锂离子电导率（σLi+），从而延长固态锂的循环硫电池。
然而，已知含有CF3-的物质对化学和生化降解具有抵抗力。一旦盐类或其分解产物从电池组中泄漏或处理不当，将对环境和人类健康造成相当大的风险。除了–CF2H相对于–CF3基团的上述有利电化学性质外，脱氟–CF2H部分通常具有更好的化学和生物化学降解性。
因此，作者在此提出一种不含CF3-的阴离子，双（二氟甲烷磺酰基）酰亚胺{[N（SO2CF2H）2]−，DFSI−}作为高性能固态金属锂电池（SSLMB）的环境友好和SEI有利的阴离子。通过广泛的表征技术，对纯盐和LiDFSI/PEO SPEs的基本化学、物理和电化学性质进行了研究和深入的讨论，以期揭示DFSI基电解质的特殊性质，如更高的锂离子电导率，极大地提高了锂离子电池的稳定性，改善了锂离子电池的电池性能。
Comparison between the chemistry of CF2H- and CF3-containing compounds inside and outside a lithium metal cell. The light grey, grey, red, and light blue balls represent H, C, O, and F atoms, respectively. (For interpretation of the references to colour in this figure legend, the reader is referred to the Web version of this article.)
Trifluoromethyl-free anion for highly stable lithium metal polymer batteries
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829720302877#!
Michel Armand作为世界著名锂电池学者、锂电池产业的奠基人之一，是国际学术界和产业界公认的、在锂电领域具有多项原始创新成果的专家。
Michel Armand教授出生于法国，在法国和美国受教育，拥有无机、有机化学和物理化学硕士学位（1968年巴黎）；物理学博士（1978年）；1970年富布赖特研究员。自1989年起，他一直担任国家科学研究中心（CNRS）的主任；Lawrence Berkeley Laboratory的受邀高级科学家（1982-1983年）；University of Montreal（加拿大）（1995-2004年）教授和Joint CNRS-UdM International Laboratory on Electroactive Materials实验室主任（2000-2004年）。
Prof. Armand的h-index为67，引用次数超过66000次，目前担任或曾担任多家期刊（Solid-State Ionics, Journal of Applied Electrochemistry, Synthetic Metals, J. Power Sources）的编辑委员会，以及多个国际会议的会议咨询委员会和组织机构。
Both Bronze and Silver Medals from C.N.R.S. (1978, 1989).
Royal Society, Faraday Division, Medal Award (1985).
Preis fur Umweltteknologie Saarland Länder (1988).
Battery Division Award, The Electrochemical Society USA (1988).
Pergamon Medal, International Society for Electrochemistry (1995).
Volta Award ECS European Section (2000), first recipient.
Doctor Honoris Causa from Uppsala University (2006).
Galileo Award for polymer electrolytes research (2010).
International Senior Researcher, Chinese Academy of Sciences (2011).
Aymé Poirson Prize, French Academy of Sciences (2012).
Catalan - Sabatier Real Sociedad Española de Química Prize (2012).
Doctor Honoris Causa University from Deakin University (2016).
Recognition as the most important researcher in Spain in the field of energy, according to the list of the top 100,000 scientists in the world published by Stanford University (2019)
JES Focus Issue on Challenges in Novel Electrolytes, Organic Materials, and Innovative Chemistries for Batteries in Honor of Michel Armand, the Electrochemical Society, (2020).
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