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锂离子电池电解液中使用锂盐的对比

2018-7-10
        锂离子电池能量密度大、工作电压高、无记忆功能、使用寿命长,是目前应用最广的可充式电池。随着其应用领域的快速发展,人们对锂离子电池的能量密度、倍率性能、适用温度、循环寿命和安全性等都提出了更高的要求。电解质是锂离子电池的重要组成部分,而锂盐作为液体电解质的关键组分,是决定电解液性能的重要因素,是攻克锂离子电池性能提升难题的突破口之一。本文将对LiPF6以及各种新型锂盐进行对比。
        锂盐是电解液中锂离子的提供者,LiPF6(六氟磷酸锂)是目前最常见的锂盐,LiBF4(四氟硼酸锂)、LiBOB(二草酸硼酸锂)、LiDFOB(草酸二氟硼酸锂)、LiFSI(双氟磺酰亚胺锂)、LiTFSI(双三氟甲基磺酰亚胺锂)、LiPF2O2(二氟磷酸锂)和LiDTI(4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂)等新型锂盐的开发也逐渐受到了科研人员的重视。其优缺点对比如下表:
表一. 各种锂盐的优缺点对比。
锂盐
优点
缺点
LiPF6
(1)在非水溶剂中具有合适的溶解度和较高的离子电导率;
(2)能在Al箔集流体表面形成一层稳定的钝化膜;
(3)能协同碳酸酯溶剂在石墨电极表面生成一层稳定的SEI膜
热稳定性较差、易发生分解反应
LiBF4
工作温度区间宽,高温稳定性好,低温性能优,能增强电解液对电极的成膜能力,抑制Al箔腐蚀
离子电导率较低,有很大局限性,常与电导率较高的锂盐配合使用
LiBOB
较高的电导率、较宽的电化学窗口、良好的热稳定性、较好的循环稳定性,对正极Al箔集流体具有钝化保护作用
溶解度较低,在部分低介电常数溶剂中几乎不溶解
LiDFOB
成膜性好、低温性能好,与电池正极有很好相容性;能在Al箔表面形成一层钝化膜,并抑制电解液氧化
售价较高
LiFSI
电导率高、水敏感度低和热稳定性好
对Al箔的腐蚀电位4.2V
LiTFSI
较高的溶解度和电导率,热分解温度超过360℃,不易水解
电压高于3.7V时会严重腐蚀Al集流体
LiPF2O2
较好的低温性能;作为添加剂使用,有利于降低电池界面阻抗,有效提升电池的循环性能
溶解度较低
LiDTI
更好的热力学稳定性;可在4.5V电压下稳定存在,具有高的锂离子迁移数,能满足商品化正极材料的充放电需求。
合成要求高
 
        理想电解质锂盐需具备哪些特性呢?
(1)低解离能和较高的溶解度:低解离能保证锂盐溶解后形成的电解液具有较高的电导率,进而实现电池的高倍率;高溶解度保证电解液中具有足够的锂离子进行传输。
(2)较好的稳定性:当电池在高电压、高温下工作时,锂盐不会与其他组分发生反应。
(3)良好的SEI 成膜性能,以保证后续循环过程中电解液不会被持续消耗。
(4)对Al 集流体具有良好的钝化作用,防止高电压下腐蚀Al箔。
(5)成本低廉,无毒无公害。
        电解液对电池循环寿命、倍率性能、适用温度和安全性等都具有重要影响。锂盐作为电解液中锂离子的提供者,显著影响电解液的性能。LiPF6是当前应用最为广泛的锂盐,但其热稳定性差、对水敏感,因而寻找各项性能优异的新型锂盐成为当前研究的重点。LiBF4、LiBOB、LiTFSI、LiFSI、LiPF2O2和LiTDI等新型锂盐虽然能避免LiPF6的缺点,却在电导率、铝箔腐蚀和价格方面存在问题。因此,至今尚且没有任何一种锂盐能够完全替代LiPF6,还需要研究人员进一步优化开发。
相关链接:LiPF6
本文由苏州亚科科技股份有限公司编辑