新型高熱穩定性鋰鹽應用於下一代高能鋰電池

如果說電解液是鋰電池的「血液」，那麼電解液中的鋰鹽猶如「血液」中的「血紅蛋白」，其重要性不言而喻。傳統電解液中大多採用六氟磷酸鋰（LiPF6）作為主鹽，但LiPF6存在熱穩定性差（＜100℃），遇水極易分解等缺點，難以滿足下一代高能鋰電池應用需求。近年來，依託中國科學院青島生物能源與過程研究所建設的青島儲能產業技術研究院致力於新型高熱穩定性高安全鋰鹽的設計、合成和應用研究，並取得一系列進展：自主設計合成了一系列具有高熱穩定性（＞200℃）高安全的硼系主鹽，如酒石酸硼酸鋰及其衍生物（Electrochim. Acta2013, 92, 132-138;Solid State Ionics2014, 262 747-753;Electrochim. Acta2014, 141, 167-172;J. Mater. Chem. A2015, 3, 7773-7779;Coord. Chem. Rev.2015, 292, 56-73），大陰離子結構的全氟叔丁氧基三氟硼酸鋰（LiTFPFB，Chem. Sci.2018, 9, 3451-3458）等；同時，開展了一些將新型高熱穩定性主鹽應用於下一代高電壓鋰電池的研究（Energy Environ. Sci.2018, 11, 1197-1203；J. Electrochem. Soc.2019, 166, A2313-A2321）；另外，也開展了一些高濃度鋰鹽電解液的開拓性研究工作（Chem. Commun.2019, DOI:10.1039/C9CC03246K;J. Power Sources2019, DOI:https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.226942）。

近日，青島儲能院將自主合成的新鋰鹽LiTFPFB 用於抑制雙三氟甲基磺醯亞胺鋰（LiTFSI）對正極Al集流體的腐蝕，並通過溶劑和添加劑配方的優化，開發出高熱穩定性混合主鹽電解液，實現LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/Li (NMC/Li)金屬鋰電池超寬溫區（-40℃-90℃）運行，相關工作以Front Cover Picture文章發表於Small（Small2019, 15, 1900269）。近年來混合主鹽電解液在下一代高能鋰電池領域備受關注，正是因為在電解液鋰鹽研究領域的深厚積澱，青島儲能院應邀撰寫關於混合主鹽電解液的綜述，以Key Scientific Issues in Formulating Blended Lithium Salts Electrolyte for Lithium Batteries為題目在線發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition，DOI: https://doi.org/10.1002/anie.201906494)。

相關係列研究獲得國家自然科學基金傑出青年科學基金、國家重點研發計劃新能源汽車固態電池項目、中科院納米先導專項和深海先導專項、國家自然科學基金重點基金、山東省自然科學基金重大研發項目、青島市儲能行業科學研究智庫聯合基金、青島能源所「一三五」項目等的大力資助。

圖1：新型混合主鹽電解液實現高能金屬鋰電池超寬溫運行

圖2：混合主鹽電解液功能分類

來源：中國科學院青島生物能源與過程研究所

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