New Research Alert: Redefining the "Golden Rule" of Fluorination in Battery Electrolytes!

New Research Alert: Redefining the "Golden Rule" of Fluorination in Battery Electrolytes!
Is more fluorine always better for high-performance batteries? Our team at the Centre of Excellence for Energy Storage Technology (CEST), VISTEC, has just published a study in Chemical Science that challenges this long-standing assumption
.
Common wisdom suggests that increasing the fluorination of electrolyte additives uniformly improves battery stability
. However, our work reveals a previously unrecognized mechanism: "Solvation Exclusion"
.
Key Takeaways from the Study:
The "Solvation Exclusion" Discovery: We found that excessive fluorination—especially in linear carbonate additives like TFDEC and TTFDEC—actually pushes these molecules out of the lithium-ion (Li⁺) primary solvation shell
. This makes them solvation-inactive, leading to poor interfacial kinetics and rapid capacity fading
.
The Winner – Active Solvation: In contrast, cyclic carbonates with moderate fluorination (like FEC and DFEC) stay actively involved in the solvation shell
. They promote a robust, LiF-rich interphase that protects the cathode from cracking and ensures superior long-term stability
.
Real-World Impact: These findings provide a new design blueprint for the next generation of Ni-rich lithium-ion batteries, specifically aimed at enabling extreme fast-charging and reliable performance in cold climates
.
Using a multiscale approach—from density functional theory (DFT) to long-term full-cell testing—we’ve established that the secret to a better battery isn’t more fluorination, but a careful balance between molecular geometry and fluorination degree
.
Congratulations to the team: Thanitsavat Sirirat, Sukritta Janprakhon, Nattanon Joraleechanchai, Surat Prempluem, Salatan Duangdangchote, and Prof. Montree Sawangphruk
Read the full paper here: Chem. Sci., 2026, DOI: 10.1039/D6SC03512D
#VISTEC #BatteryResearch #EnergyStorage #ChemicalScience #LithiumIonBatteries #CleanEnergy #InnovationThailand #ElectrolyteDesign
งานวิจัยใหม่: นิยามใหม่ของการเติมฟลูออรีนสำหรับอิเล็กโทรไลต์แบตเตอรี่!
การเติมฟลูออรีนในปริมาณมากส่งผลดีต่อแบตเตอรี่ประสิทธิภาพสูงเสมอไปหรือไม่? ทีมวิจัยของเราจาก ศูนย์ความเป็นเลิศด้านเทคโนโลยีจัดเก็บพลังงาน (CEST) สถาบันวิทยสิริเมธี (VISTEC) เพิ่งตีพิมพ์ผลงานวิจัยในวารสาร Chemical Science (Royal Society of Chemistry) ที่ท้าทายสมมติฐานเดิมๆ นี้
โดยทั่วไปมักเชื่อกันว่าการเพิ่มระดับฟลูออรีนในสารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์จะช่วยปรับปรุงความเสถียรของแบตเตอรี่ได้สม่ำเสมอ แต่ในงานวิจัยนี้ เราได้ค้นพบกลไกที่ยังไม่เคยมีใครระบุมาก่อน นั่นคือ "Solvation Exclusion" (กลไกการคัดออกจากการละลาย)
ประเด็นสำคัญจากการศึกษา:
การค้นพบกลไก "Solvation Exclusion": เราพบว่าการเติมฟลูออรีนมากเกินไป โดยเฉพาะในสารเติมแต่งชนิด linear carbonate อย่าง TFDEC และ TTFDEC จะส่งผลให้โมเลกุลเหล่านี้ถูกผลักออกจาก "ชั้นการทำละลายปฐมภูมิ" (primary solvation shell) ของลิเธียมไอออน (Li⁺)
ซึ่งทำให้พวกมันไม่สามารถเข้าไปทำปฏิกิริยาได้ (solvation-inactive) ส่งผลให้จลนพลศาสตร์ที่พื้นผิวสัมผัสไม่ดีและทำให้ความจุแบตเตอรี่ลดลงอย่างรวดเร็ว
ผู้ชนะ – Active Solvation: ในทางกลับกัน cyclic carbonates ที่มีฟลูออรีนในระดับที่เหมาะสม (เช่น FEC และ DFEC) ยังคงมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการทำละลาย (Active Solvation)
ซึ่งช่วยส่งเสริมการสร้างชั้นอินเทอร์เฟซที่อุดมไปด้วย LiF ที่มีความแข็งแรง ช่วยปกป้องแคโทดจากการแตกร้าว และทำให้แบตเตอรี่มีความเสถียรในระยะยาวสูงกว่า
ผลกระทบต่อการใช้งานจริง: การค้นพบนี้ถือเป็นพิมพ์เขียวใหม่สำหรับการออกแบบ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีนิกเกิลสูง (Ni-rich) รุ่นต่อไป โดยเฉพาะเพื่อรองรับการ ชาร์จเร็ว (extreme fast-charging) และการใช้งานใน สภาพอากาศหนาวจัด ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
งานวิจัยนี้ใช้แนวทางแบบพหุสเกล ตั้งแต่การคำนวณทางทฤษฎี (DFT) ไปจนถึงการทดสอบแบตเตอรี่จริงในระยะยาว เพื่อพิสูจน์ว่ากุญแจสำคัญสู่แบตเตอรี่ที่ดีกว่าไม่ใช่แค่การเติมฟลูออรีนให้มากที่สุด แต่คือ ความสมดุล ระหว่างโครงสร้างโมเลกุลและระดับของฟลูออรีน
ขอแสดงความยินดีกับทีมผู้วิจัย: Thanitsavat Sirirat, Sukritta Janprakhon, Nattanon Joraleechanchai, Surat Prempluem, Salatan Duangdangchote และ Prof. Montree Sawangphruk
อ่านบทความวิจัยฉบับเต็มได้ที่นี่: Chem. Sci., 2026, DOI: 10.1039/D6SC03512D
#VISTEC #BatteryResearch #EnergyStorage #ChemicalScience #LithiumIonBatteries #CleanEnergy #InnovationThailand #ElectrolyteDesign