作為鋰離子電池的重要組成部分，鋰鹽電解質(zhì)不僅可以為鋰離子電池提供自由穿梭離子，還可以承擔(dān)電池內(nèi)部離子的輸送作用。同時(shí)，電解液還可以在電極材料表面形成保護(hù)層，這在很大程度上決定了鋰離子電池的容量、工作溫度、循環(huán)性能、功率密度、能量密度和安全性。

目前，鋰電池中使用的鋰鹽電解質(zhì)主要包括無(wú)機(jī)鋰鹽電解質(zhì)和有機(jī)鋰鹽電解質(zhì)。本文主要綜述常見(jiàn)的無(wú)機(jī)鋰鹽和有機(jī)鋰鹽，并介紹鋰鹽電解質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)。

 

無(wú)機(jī)鋰鹽電解質(zhì)

一般來(lái)說(shuō)，鋰離子電池中使用的無(wú)機(jī)鋰鹽一般具有價(jià)格低廉、難分解、耐電勢(shì)高、合成簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。常見(jiàn)的電解質(zhì)無(wú)機(jī)鋰鹽主要包括高氯酸鋰（LiClO4）、四氟硼酸鋰（LiBF4）、六氟砷酸鋰（LiAsF6）和六氟磷酸鋰（LiPF6）。

 

1.氯化鋰

高氯酸鋰（LiClO4）是一種溶解度相對(duì)較高的鋰鹽電解質(zhì)，因此它表現(xiàn)出相對(duì)較高的離子電導(dǎo)率，其在碳酸鹽有機(jī)溶劑中的室溫離子電導(dǎo)率可達(dá)9 mS/cm。此外，LiClO4作為鋰鹽電解質(zhì)電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口可以達(dá)到5.1V vs.Li+/Li，其具有相對(duì)良好的氧化穩(wěn)定性，該特性也使電解質(zhì)能夠匹配一些高壓陰極材料，從而發(fā)揮鋰電池的高能量密度。

此外，LiClO4具有制備簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究。然而，由于LiClO4中的Cl處于最高價(jià)態(tài)+7，因此非常容易與電解質(zhì)中的有機(jī)溶劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，這將導(dǎo)致鋰電池的燃燒和爆炸等安全問(wèn)題。因此，LiClO4很少用于商用鋰電池。

 

 

2、 鋰BF4

四氟硼酸鋰（LiBF4）具有相對(duì)較小的陰離子半徑（0.227nm），因此，鋰鹽電解質(zhì)與鋰離子的配位能力相對(duì)較弱，在有機(jī)溶劑中容易解離，這有助于提高鋰電池的導(dǎo)電性，從而提高電池性能。

然而，正是因?yàn)樗年庪x子具有相對(duì)較小的半徑，所以容易與電解質(zhì)中的有機(jī)溶劑配位，這也導(dǎo)致鋰離子電導(dǎo)率相對(duì)較低，因此在常溫鋰電池中很少使用LiBF4。

然而，LiBF4具有相對(duì)較高的熱穩(wěn)定性，在高溫下不易分解，因此經(jīng)常用于高溫鋰電池。同時(shí)，LiBF4在低溫下也表現(xiàn)出良好的電池性能，這主要是由于LiBF4基電解質(zhì)在低溫下的界面阻抗較小。

此外，LiBF4對(duì)集電體Al具有一定的耐腐蝕性。因此，LiBF3經(jīng)常用作鋰離子電池的電解質(zhì)添加劑，從而增加了電解質(zhì)對(duì)集電器Al的腐蝕電位。

 

3、 LiAsF6

六氟砷酸鋰（LiAsF6）具有與LiBF4相同的離子導(dǎo)電性，同時(shí)鋰鹽電解質(zhì)對(duì)集電體Al沒(méi)有腐蝕性。此外，LiAsF6鋰鹽電解質(zhì)的電化學(xué)窗口可以達(dá)到6.3V vs.Li+/Li，這遠(yuǎn)高于一般鋰鹽的電化學(xué)穩(wěn)定性。然而，由于LiAsF6中含有劇毒的As元素，它不常用于商業(yè)鋰電池。

 

 

4、 鋰PF6

六氟磷酸鋰（LiPF6）是目前商業(yè)鋰電池中最常用的鋰鹽電解質(zhì)，在非質(zhì)子有機(jī)溶劑中具有相對(duì)良好的離子傳導(dǎo)性和電化學(xué)穩(wěn)定性。此外，LiPF6電解質(zhì)可以與集電體Al形成保護(hù)膜，從而減少電解質(zhì)對(duì)集電體A1的腐蝕。

更重要的是，基于LiPF6鋰鹽電解質(zhì)的碳酸鹽電解質(zhì)可以在石墨陽(yáng)極上形成一層固體電解質(zhì)界面（SEI），這樣可以保護(hù)電解質(zhì)和石墨陽(yáng)極之間的不良反應(yīng)，并且鋰離子電池具有良好的長(zhǎng)期循環(huán)性能。

然而，LiPF6鋰鹽電解質(zhì)具有較差的熱穩(wěn)定性。此外，它很容易與微量水反應(yīng)生成強(qiáng)酸PF5。PF5容易與電解液中的有機(jī)溶劑發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致電池性能下降。中國(guó)主要的LiPF6公司包括排名前十的六氟磷酸鋰公司。

 

有機(jī)鋰鹽電解質(zhì)

與無(wú)機(jī)鋰鹽相比，鋰離子電池中常用的有機(jī)鋰鹽可以考慮通過(guò)在無(wú)機(jī)鋰鹽的陰離子中添加吸電子基團(tuán)來(lái)調(diào)節(jié)。常見(jiàn)的電解質(zhì)有機(jī)鋰鹽主要包括雙草酸硼酸鋰（LiBOB）、二氟草酸鋰硼酸酯（LiDFOB）、雙二氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）和雙三氟甲基磺酰亞胺（LiTFSI）。

 

 

1、 LiBOB和LiDFOB

康旭等人4合成了硼酸雙草酸鋰（LiBOB），并將其用作鋰電池中的鋰鹽電解質(zhì)。LiBOB鋰鹽電解質(zhì)具有高離子電導(dǎo)率、寬電化學(xué)穩(wěn)定性窗口、良好的熱穩(wěn)定性和良好的循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。

此外，研究表明，它可以與集電體Al形成穩(wěn)定的鈍化膜，以保護(hù)Al免受電解質(zhì)腐蝕。然而，LiBOB的明顯缺點(diǎn)是其在非質(zhì)子溶劑中的溶解度低，導(dǎo)致由其組成的電解質(zhì)的電導(dǎo)率低，這限制了基于該鹽的電池的倍率性能。

為了克服LiBOB溶解性差和離子電導(dǎo)率低的缺點(diǎn)，Zhang等人5使用LiBOB和LiBF4鋰鹽電解質(zhì)的一部分合成了另一種新型鋰鹽電解質(zhì)，二氟草酸硼酸鋰（LiDFOB）。研究表明，LiDFOB具有比LiBOB高得多的離子電導(dǎo)率；

此外，它具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性和與陰極和陽(yáng)極的良好兼容性。此外，基于鋰鹽電解質(zhì)的電池也表現(xiàn)出良好的低溫性能?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，LiDFOB被廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的鋰電池。

 

 

2、 LiFSI和LiTFSI

雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）具有高離子電導(dǎo)率和對(duì)水的低敏感性的優(yōu)點(diǎn)。此外，LiFSI具有比LiPF6更高的分解溫度，并且具有相對(duì)更好的安全性。然而，LiFSI對(duì)集電體Al具有高度腐蝕性，因此在一定程度上限制了其在鋰離子電池中的應(yīng)用。以下是中國(guó)排名前五的LiFSI公司。

雙（三氟甲基磺?；﹣啺蜂嚕↙iTFSI）是由Michel Armand開(kāi)發(fā)的另一種有機(jī)鋰鹽，其陽(yáng)極離子由具有強(qiáng)電負(fù)性的氮（N）原子和與強(qiáng)吸電子基團(tuán)（CF3）連接的兩個(gè)硫（S）原子組成。這種結(jié)構(gòu)分散了負(fù)電荷，使陰極和陽(yáng)極離子更容易解離，從而顯著提高了其離子電導(dǎo)率。

向LiTFSI中添加其他不會(huì)腐蝕集電體的鋰鹽、引入長(zhǎng)鏈全氟基團(tuán)以及向LiTFS中添加添加劑可以顯著增加LiTFSI對(duì)集電體腐蝕的可能性。盡管這兩種鋰鹽電解質(zhì)具有腐蝕集電體Al的特性，但由于其具有高離子導(dǎo)電性、良好的熱穩(wěn)定性和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，它已廣泛用于鋰離子電池、全固態(tài)聚合物鋰電池和鋰硫電池。

 

結(jié)論

作為鋰電池的重要組成部分，鋰鹽電解質(zhì)不僅提供和傳輸鋰離子，而且在一定程度上決定了鋰電池的整體性能。

詳細(xì)了解現(xiàn)有鋰鹽電解質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)，將為開(kāi)發(fā)新型鋰鹽電解質(zhì)提供良好的參考和動(dòng)力。如果您對(duì)鋰相關(guān)公司感興趣，請(qǐng)參考中國(guó)排名前10的鋰鹽企業(yè)。