介绍
N-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺（N-Methyl-2,2,2-trifluoroacetamide，简称FNMAC）具有低挥发性、高热稳定性和优异的化学惰性。其分子结构中强吸电子三氟甲基（-CF₃）的引入，使其在保留酰胺类化合物氢键形成能力的同时，显著改变了电子云分布和配位特性。
图一 N-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺
遇到的问题
传统N-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺基DEE仍存在三大难以逾越的瓶颈：其一，酰胺基团的活性氢易与锂金属发生还原反应，导致SEI成分以有机产物为主，结构疏松且机械强度差，无法抑制锂枝晶生长；其二，NMAC的羰基氧具有强路易斯碱性，与Li⁺形成过强的配位作用，导致Li⁺脱溶剂化能垒高，倍率性能差；其三，NMAC的氧化稳定性不足（仅约4.99V），无法匹配高电压三元正极（如NCM622），限制了电池能量密度的提升。
解决方法
在NMAC的α-碳上引入强吸电子的-CF₃基团，合成N-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺作为新型氢键供体。-CF₃基团的引入能够显著降低羰基氧的电子云密度，一方面减弱Li⁺与酰胺的配位作用，促进阴离子进入Li⁺溶剂化鞘；另一方面提高分子的抗氧化能力，抑制其在高压正极表面的分解。同时，FNMAC保留了酰胺类化合物的氢键形成能力，能够与锂盐形成稳定的深共晶体系。
差示扫描量热法（DSC）和相图分析表明，含N-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺的深共晶电解质具有典型的共晶特征，其中F-DEE-1:4（LiTFSI与FNMAC摩尔比为1:4）表现出最低的玻璃化转变温度（Tg=-80.48℃），在-80℃至100℃的宽温度范围内保持液态，远优于传统电解液的工作温度范围。离子电导率测试显示，F-DEE-1:4在30℃时的离子电导率为1.63mS/cm，这是由于-CF₃基团的弱溶剂化作用导致锂盐解离度略有降低，但仍能满足电池正常工作的需求。
图二 差示扫描量热法分析
连续点火实验证实，含N-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺的深共晶电解质与N-DEE-1:4均无法被点燃，自熄时间为0，而传统1MLiPF₆/EC:DEC电解液会立即燃烧并持续燃烧20秒以上。从根本上消除了电池因电解液燃烧引发的安全隐患。电化学稳定窗口测试（LSV）结果显示，F-DEE-1:4的氧化稳定性高达5.51V，比N-DEE-1:4的4.99V提高了0.52V。理论计算进一步证实，FNMAC的最高占据分子轨道（HOMO）能级为-7.659eV，远低于NMAC的-6.750eV，说明其更难失去电子被氧化，能够稳定匹配高电压三元正极。
FTIR和Raman光谱分析表明，N-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺的N-H伸缩振动峰和C=O伸缩振动峰在加入LiTFSI后发生明显位移，证实FNMAC通过羰基氧与Li⁺形成配位作用，同时其氨基与TFSI⁻形成氢键，共同促进了深共晶体系的形成。对拉曼光谱中700-780cm⁻¹区域的TFSI⁻特征峰进行分峰拟合发现，F-DEE-1:4中接触离子对（CIPs）和聚集体（AGGs）的比例高达89.5%，而N-DEE-1:4中溶剂分离离子对（SSIPs）的比例高达79.1%。这一结果表明，氟化显著改变了Li⁺的溶剂化环境，使更多的TFSI⁻阴离子进入Li⁺的第一溶剂化鞘。
图三 FTIR和Raman光谱分析
在含N-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺的深共晶电解质中，Li⁺与TFSI⁻氧的配位数从N-DEE-1:4的1.99增加到2.53，而Li⁺与溶剂氧的配位数从3.55减少到2.76。最终，F-DEE-1:4形成了阴离子主导的溶剂化结构（Li⁺-[FNMAC]₂.₈-[TFSI⁻]₂.₅），而N-DEE-1:4则是典型的溶剂主导溶剂化结构（Li⁺-[NMAC]₄.₁-[TFSI⁻]₂.₀）。溶剂化结构的改变直接影响了Li⁺的脱溶剂化动力学。通过变温电化学阻抗谱（EIS）测试计算得到，F-DEE-1:4的Li⁺脱溶剂化能为45.8kJ/mol。更低的脱溶剂化能垒意味着Li⁺在电极/电解质界面更容易脱溶剂化，从而实现更快的电荷转移。此外，F-DEE-1:4的锂离子迁移数（tLi⁺）为0.53，高于N-DEE-1:4的0.46，进一步提升了电池的倍率性能和循环稳定性。
电化学性能
基于优化的溶剂化结构，含N-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺的深共晶电解质在锂金属电池中展现出了卓越的电化学性能。首先是锂金属负极的兼容性：将锂箔分别浸泡在F-DEE-1:4和N-DEE-1:4中，30天后F-DEE-1:4中的锂箔表面仍保持光亮平整。Li对称电池测试显示，在0.25mA/cm²的电流密度下，使用F-DEE-1:4的电池能够稳定循环350小时以上，电压极化始终保持在较低水平。
在全电池测试中，使用含N-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺的深共晶电解质的NCM622||Li电池表现出了惊人的循环稳定性：在1C的倍率下循环420次后，容量保持率仍高达91.3%，电压平台衰减极小；即使在4mg/cm²的高负载NCM622正极上，F-DEE-1:4仍能实现稳定循环。在0.2C、0.5C、1C、2C和5C的倍率下，F-DEE-1:4电池分别输出164.8、156.4、145.3、132.2和109.4mAh/g的比容量，当倍率恢复到0.2C时，比容量完全恢复至171.5mAh/g。
在锂负极侧，含N-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺的深共晶电解质循环后形成的SEI层平整致密，主要由高含量的LiF和Li₃N等无机成分组成，这些成分具有高离子电导率和优异的机械强度，能够均匀引导Li⁺沉积，有效抑制锂枝晶生长。在正极侧，F-DEE-1:4在NCM622表面形成了一层约9nm厚的均匀致密的正极电解质界面（CEI），能够有效隔离正极与电解液，抑制过渡金属溶解和电解液氧化分解。而N-DEE-1:4形成的CEI层厚度不均（20~40nm），且含有大量的氧化硫副产物，导致界面阻抗持续增加，电池容量快速衰减[1]。
图四 电化学性能
参考文献
[1] Li W, Ma S, Zhang N, et al. Molecular fluorination towards deep eutectic amide-based electrolyte for stable high voltage lithium–metal batteries[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2025, 693: 137597.