如何改善LiFSI 电解液铝集流体腐蚀
为了追求更高的能量密度和更好的安全性,LiFSI因具有高电导率、高热稳定性等优点,一直被视为替代传统LiPF₆的首选。然而,LiFSI有一个无法忽视的痛点:腐蚀电池内部的铝集流体。这种现象会导致电池寿命缩短,甚至引发安全问题。
为什么LiFSI会“咬”铝?
当电池充电电压升高,LiFSI中的FSI⁻ 会破坏铝表面的氧化铝薄膜。随着氧化铝的溶解新鲜铝就会与电解液反应,形成可溶于电解液的氟磺酰亚胺铝络合物。这些络合物溶解后,新鲜的铝再次暴露出来,如此周而复始,形成恶性循环。
见招拆招:如何驯服“腐蚀猛兽”?
1.寻找“保护神” :引入钝化剂
加一点“老朋友”:
重新请回传统的LiPF₆。LiPF₆在电解液中会发生分解,产生HF。HF会与铝作用,在铝表面生成一层非常致密且不溶于电解液的AlF₃保护膜。这层AlF₃膜能有效抵御FSI⁻的攻击。
强强联合“硼酸盐”家族:
LiDFOB和LiBOB也是非常出色的“保镖”。它们在铝表面分解,形成含有B-O和Al-F等成分的坚固保护膜。研究表明,LiDFOB的效果尤为突出,因为它结合了含氟盐和草酸硼酸盐的优点,形成的保护层更厚、更致密。
2.改造环境:优化电解液
高浓度策略:
当LiFSI的浓度非常高时,电解液中的锂离子和FSI⁻会紧密地“手拉手”,几乎没有自由的溶剂分子。没有了“搬运工”,Al³⁺离子溶解后难以被运走,只能就地形成一层富含LiF的稳定保护膜,从而抑制了腐蚀。
强强联合“硼酸盐”家族:
研究发现,使用离子液体作为溶剂,可以有效解决腐蚀问题。因为FSI⁻在离子液体中形成的Al-FSI络合物不易溶解,会沉淀在铝表面形成一层稳定的保护膜。此外,使用低介电常数的醚类溶剂,也能降低腐蚀产物的溶解度,减缓腐蚀。
3.源头优化:开发新型锂盐和涂层
设计新盐:
通过给FSI⁻离子装上更大的“尾巴”,可以改变其化学性质,使其腐蚀性大大降低。例如,一种名为LiDFTFSI的新型亚胺盐,在4.2V电压下对铝表现出极好的稳定性。
给铝穿上“防弹衣”:
直接在铝箔表面涂覆一层保护层是最直接的方式。比如,用化学气相沉积法在铝箔上镀一层石墨烯,或者用MXene材料作为“装甲”,都能有效阻挡FSI⁻的进攻。
如鲲新材LiDFOB产能及生产基地介绍
如鲲新材是一家专注于新能源电池电解液材料及电子化学品研发、生产与销售的高新技术企业,其主营业务聚焦于锂离子电池电解液新型锂盐及功能性添加剂的研发与生产。
LiDFOB是公司锂离子电池电解液材料中的核心产品之一,其具有优异的成膜性能,能够在电极表面形成稳定的固态电解质界面膜,有效抑制电解液分解,同时显著提升电池的高温循环稳定性和倍率性能。
生产基地布局
山东济宁(如鲲山东):已投产,当前LiDFOB主要产地。
江苏张家港(如鲲江苏):项目筹建中,未来将补充产能。
目前公司LiDFOB年产能已达千吨级,具备稳定的大批量交付能力。