【摘要】 锂盐的种类众多，往往需要根据特定体系需求进行选择。

引言

动力电池是电动汽车的关键部件，其性能直接决定了电动车的续航里程、环境适应性等关键参数。当前主流动力电池为锂离子电池，具有能量密度高、体积小、无记忆效应、循环寿命长等优点，但仍然存在续航里程不足的问题。电极材料决定了电池的能量密度，电极材料中的电解液更是被称为电池的“血液”，在锂离子电池中，主要作用是输送锂离子并在正负极界面形成固体电解质膜。

 

锂离子电池电解液主要由锂盐、溶剂和添加剂三类物质组成。锂盐是锂离子电池电解液的重要组成部分，在很大程度上决定着电池的功率密度、能量密度、循环及安全性能1。

 

锂盐的选择标准

锂盐的种类众多，往往需要根据特定体系需求进行选择。一般来说，优质的锂盐有如下要求：

（1）保证电解液高离子电导率。有较小的缔合度，易于溶解于有机溶剂；

（2）能形成稳定低阻抗SEI膜。有利于提升电池的循环性能；

（3）化学稳定性好。不与电极材料、电解液、隔膜等发生有害副反应；

（4）成本低。制备工艺简单，无毒无污染。

 

常见的锂盐及其适用范围

 

图1：常见锂盐及其结构式

 

六氟磷酸锂：LiPF6

LiPF6是应用最广的锂盐。LiPF6的单一性质并不是最突出，但在碳酸酯混合溶剂电解液中具有相对最优的综合性能。LiPF6有以下突出优点：（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）协同碳酸酯溶剂在石墨电极表面生成一层稳定的SEI膜。但是LiPF6热稳定性较差，易发生分解反应，副反应产物会破坏电极表面SEI膜，溶解正极活性组分，导致循环容量衰减。

 

四氟硼酸锂：LiBF4

LiBF4是常用锂盐添加剂。与LiPF6相比，LiBF4的工作温度区间更宽，高温下稳定性更好且低温性能也较优。

 

二草酸硼酸锂：LiBOB

LiBOB具有较高的电导率、较宽的电化学窗口和良好的热稳定性。其最大优点在于成膜性能好，可直接参与SEI膜的形成。

 

二氟草酸硼酸锂：LiDFOB

结构上LiDFOB是由LiBOB和LiBF4各自半分子构成，综合了LiBOB成膜性好和LiBF4低温性能好的优点。与LiBOB相比，LiDFOB在线性碳酸酯溶剂中具有更高溶解度，且电解液电导率也更高。其高温和低温性能都好于LiPF6且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。

 

双三氟甲磺酰亚胺锂：LiTFSI 

LiTFSI结构中的CF3SO2–基团具有强吸电子作用，加剧了负电荷的离域，降低了离子缔合配对，使该盐具有较高溶解度。LiTFSI有较高的电导率，热分解温度高不易水解。但电压高于3.7V时会严重腐蚀Al集流体。

 

双氟磺酰亚胺锂：LiFSI

LiFSI分子中的氟原子具有强吸电子性，能使N上的负电荷离域，离子缔合配对作用较弱，Li+容易解离，因而电导率较高。

 

二氟磷酸锂：LiPO2F2 

LiPO2F2具有较好低温性能，同时也能改善电解液的高温性能。LiPO2F2作为添加剂能在负极表面形成富含LixPOyFz和LiF成分的SEI膜，有利于降低电池界面阻抗提升电池的循环性能。但是LiPO2F2也存在溶解度较低的缺点。

 

 

下一代锂盐材料

目前，在锂盐方面的努力，包括开发新的锂盐和两个或多个锂盐的联合作用，都致力于改善电池性能。电解质类型提供了更多的可能性，因为一些锂盐已经被彻底研究。有必要进一步了解锂盐、溶剂和其他添加剂的兼容性和特性。

 

图2：（a）混合锂盐电解液的发展历程；（b）混合锂盐功能分类

 

Cui等人在最新文章中详细阐述由LIBs和其他电池（如LMBs、Li-S电池、固态锂电池）详细分类的混合盐电解质的发展（图2a），同时也考虑了电解液溶剂的研究进展2。研究表明锂离子电池混合盐电解质可以在提高电池的热稳定性（安全性）、抑制正极集流体铝箔的腐蚀、提高电池的高低温性能、提高电池的耐腐蚀性、在两侧电极上形成良好的界面层，保护锂金属负极，实现高离子导电性等多个方面均可取得较好效果（图2b）。

 

锂离子电池电解液的核心——锂盐的选择就成了至关重要的一环。



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参考文献

1.Zhang S S. A review on electrolyte additives for lithium-ion batteries[J]. Journal of Power Sources, 2006, 162(2): 1379-1394.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.07.074

2.Xu G, Shangguan X, Dong S, et al. Formulierung von Elektrolyten mit gemischten Lithiumsalzen für Lithium‐Batterien[J]. Angewandte Chemie, 2020, 132(9): 3426-3442.http://dx.doi.org/10.1002/ange.201906494