新型锂离子电池用锂盐研究

王倩

摘要：锂离子电池自20世纪90年代实现商品化以来，因其质重量轻、自放电小、无记忆功能等突出优点被广泛应用于各类电子产品之中，由手机、笔记本电脑等电器所用电池而逐步应用到潜艇、航天及电动车等领域，并取得了快速发展。基于此，文章对新型锂离子电池用锂盐的研究背景和研究内容进行了总结和分析。

关键词：锂离子电池;锂盐;溶剂

1 研究背景

随着锂离子电池的迅猛发展，各类工具的实际应用对锂离子电池的各项性能发挥提出了越来越多的技术要求。诸如高安全性，长循环寿命，兼顾高低温性能等挑战日益凸显，如何解决這些现实的需求，已成为当前锂离子电池研究与开发的焦点。

锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和外壳五部分组成。电解液的核心成分是锂盐，理想的电解液锂盐应具备以下几点性质：（1）锂盐在有机溶剂中有足够溶解度，缔合度小，易于解离，以保证电解液有较好的电导率;（2）阴离子具有较强的氧化和还原稳定性，在电解液中稳定性好，还原产物有利于电极SEI 膜的形成和性能的改善;（3）具有较好的热稳定及化学稳定性;（4）安全高，环境友好，毒性小;（5）易于制备和纯化，生产成本低。常用的无机锂盐阴离子半径都较小，离子缔合和离子溶剂化效应也较强，严重影响着锂离子电池的性能。而近年来研究的一些有机锂盐在一定程度上克服了诸如半径小＼稳定性差等一些缺点。

不难发现，为增加锂盐在溶剂中的溶解度，需使阴离子电荷较分散，一般引入强吸电子基团。近年来，各种研究也在尝试各种具有较强共轭效应的大分子基团，但是随着大基团的引入，溶液的粘度也将随之增加，溶剂化效益进一步增强，离子对数目也增多，从而使电解液的导电性能降低。开发一种既能使其电荷较分散，溶解度较大，又具有轻质、低粘度，同时兼具化学、电化学稳定性高，高低温性能和循环性能良好的安全无污染的新型锂盐，将是未来锂盐发展趋势。

2 新型锂离子电池用锂盐研究

1.LiBOB

（1）双草酸硼酸锂（LiBOB）是一种新型锂离子电池电解质，化学式为Li[（C2O4）2B]，为配位螯合物，结构式如图1所示。

BOB-阴离子体积较大，与硼原子相连的草酸根具有强烈的吸电子能力，可以有效分散负电荷，使阴阳离子键的作用力减小，降低了与Li+的缔合作用，有利于LiBOB在有机溶剂中的溶解及解离。

LiBOB在有机溶剂中具有较高的溶解度、热稳定性和电导率，且无HF等副产物，不腐蚀电极，环境友好。文献报道， LiBOB可有效防止LiFSI对铝集流体的腐蚀，可抑制溶剂PC在石墨负极表面的还原分解，显著提高MCMB负极在高温下的稳定性能，同时， LiBOB的高温性能很好，最大的优点是成膜性好。在各种新型的锂盐中，LiBOB是未来最有可能替代LiPF6的锂盐之一。因此LiBOB在锂离子电池电解液中的应用引起关注，于此同时，LiBOB的合成亦成为研究热点。

LiBOB的合成方法主要有液相法和固相法。液相法根据反应介质可分为水系法、有机溶剂法;固相法根据供能方式，可分为加热法、微波法。

2.LiDFOB

二氟二草酸硼酸锂（LiDFOB）也是一种新型的锂盐，从分子结构上来看，该锂盐是由二草酸硼酸锂（LiBOB）和四氟硼酸锂（LiBF₄）的半分子所构成，因此，LiDFOB可被视为一种兼具二者优点的新型锂盐（LiBOB优点：成膜性能好，在有机溶剂中溶解度大，高温性能良好;LiBF4优点：低温性能良好，热稳定性高，适合低温和高倍率放电），非常适合用于锂离子电池电解液中，是一种潜在的LiPF6的替代品，具有巨大的商业化应用前景和研究价值。不过大量的研究工作还在进行，针对LiDFOB的基本化学性质和电化学性能进行研究，期望能研制出一种成本更低、更稳定的，更适用于其作为锂离子电池的锂盐和添加剂的方法。

3.LiTFSI

二（三氟甲基）磺酰亚胺锂（LiTFSI），离子半径大，离子电导率高，其热分解温度超过360℃，具有很高的热稳定性和不易水解的特性，是近几年来受到广泛关注的一种电解质锂盐。通过对LiTFSI的研究，有望提高电解液的高温性能，同时减少电解液对铝箔的腐蚀程度，期望能研制出更适用于其作为锂离子电池的锂盐和添加剂的方法。

3 结论

作为锂离子电池的重要组成部分，电解质溶液对锂离子电池性能的影响至关重要，其核心成分电解质锂盐对电池性能起决定性作用。电解质锂盐按照阴离子不同可分为无机锂盐和有机锂盐。无机锂盐在很多应用方面出现了很多问题，无法满足需要，如，LiAsF₆在氧化过程中会产生毒性;LiClO₄的强氧化性限制了它的应用;LiBF₄导电性能及循环性能较差，且成膜性不好。

相对于以上锂盐来说，无机锂盐LiPF₆具有突出的离子电导率、较优的氧化稳定性和较低的环境污染等优点，是目前首选的锂离子电池电解质。但是，即使传统LiPF₆锂盐已经占据了庞大锂离子电池电解质市场，LiPF₆不稳定、易于吸水、尤其商业化LiPF₆对水十分敏感、其分解产物含HF、容易腐蚀正极材料和集流体、寿命短、并且低温性能较差等缺点仍影响了它的发展，同时，诸如此类的因素也很大程度上限制了无机锂盐的应用，进而影响锂离子电池的发展。

随着使用需求的不断提高，研究者对新型锂盐的研究并未止步，寻找更稳定、电池性能发挥更好，能替代LiPF₆的新型锂盐成为当前电池领域的一个研究重点。有机锂盐因为有如下优点使其应用得以重视和发展。其阴离子是基于有机强酸共轭碱，拥有强吸电子基团存在，故阴离子稳定，酸性较强。由于吸电子基团的诱导效应使得阴离子易于离域，这将大大增加锂盐在溶剂中的解离常数，增大电导率。有机锂盐主要有如下几类：螯合硼阴离子、螯合磷阴离子、全氟膦阴离子、烷基磺酸阴离子、全氟烷基、亚胺基的有机锂盐及有机铝酸锂盐。

现阶段，大量研究致力于新型锂盐的开发及混合锂盐的使用，以期最终达到“成本降低、安全提高、效率长久”的目标。随着全球化石能源的日益紧缺和环境问题的日趋严峻，新能源以其特有的清洁和可再生等特点，越来越受到国际社会的广泛关注。发展新能源对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源枯竭问题具有重要的意义。