二氟草酸硼酸鋰的化學結構是雙草酸硼酸鋰和 四氟硼酸鋰結構的組合,用在鋰離子電池中兼具 LiBOB和 LiBF4 兩種鋰金屬化合物的優勢,LiDFOB屬于斜方晶系,空間群為 Cmcm,LiDFOB 中的 Li +為五重配位結構,極易結合其他分子形成正八面體 配合結構,LiDFOB 的分解溫度不高,為 240 ℃,比 LiBF4 的 390 ℃和 LiBOB 的 330 ℃低,但比 LiPF6 高 約 40 ℃。
二氟草酸硼酸鋰可以使電極表面附近的 Al 3+ 和 B-O 鍵結合形成化學鍵在集流體鋁箔上形成一 層致密的保護膜,不僅能鈍化鋁箔,而且能夠很好地 抑制電解液的氧化分解。研究了電解液 對集流體的腐蝕性,發現 4. 2 V 開始首次對鋁箔產 生腐蝕,第二次循環時,腐蝕電位出現在了 6. 0 V 以 后,說明對鋁箔產生了很好的鈍化作用。針對電解 液與正負極材料的相容性,研究了與電極材料石墨、 三元材料 LiCo1 /3Ni1 /3 Mn1 /3O2 組成電池的倍率性能 和高溫循環性能,LiDFOB 基電池高溫循環 100 次的 不可逆損失為 8% ,而 LiPF6 電池的不可逆損失為 15% 。研究了電解液的高溫性能,在 60 ℃ 高溫下,使用 LiDFOB 電解液的電池其 LiFePO4 /G 電池循環 100 次,容量保持率為 86. 7% ,而 使 用 LiPF6 電解液的電池其容量保持率為 67. 4% ,循環 后電池極片掃描圖顯示使用 LiPF6 電解液的極片粗 糙,而使用 LiDFOB 電解液的極片則平滑、致密,能 明顯看到膜。LiDFOB 電解液的高溫性能明顯優于 LiPF6 電解液。
LiDFOB 作為鋰鹽能夠很好地支持負極集流體材 料銅箔。在 LiDFOB 電解液中,兩個相互競爭的化學 反應得到的產物均能與 SEI 膜中的( LiOCO2CH2 ) 2等半碳酸酯雙鋰反應,形成更復雜、更穩定的低聚 物,得到更穩定的 SEI 膜,所以即使 LiDFOB 在純 PC 中仍能在負極表面形成穩定的 SEI 膜。LiDFOB的結構中只有一個草酸根,所形成的 SEI 膜的阻抗值 較 LiBOB 形成的 SEI 膜要低,表現在阻抗譜中 1. 5 V 處的電壓平臺較短,這個電壓平臺主要由草酸根還原 所引起。在高溫下,LiDFOB 不僅具有良好的容量保 持率,而且因 SEI 膜阻抗小而具有良好的高功率性 能。分析認為,LiDFOB 在石墨上的成膜 機理大致分為 3 個階段: 1) 1. 70 ~ 1. 50 V,由于 LiDFOB 開環形成了- OCOCOO - 的還原產物,SEI 膜 電阻明顯降低,初始形成的 SEI 膜中含有 LiDFOB的還原產物; 2) 1. 50 ~ 0. 25 V,溶劑發生還原反應, SEI 膜的電阻隨著電壓的降低而緩慢降低,反映了此 時的 SEI 膜多孔、不穩定且電導率低; 3) 低于0. 25 V, 石墨發生嵌鋰反應,此時 SEI 膜的阻抗大小由兩個 相反的因素影響。
LiDFOB - SL( 環丁砜) /EMC( 碳酸甲乙酯) 為電解液組裝 LiFePO4 /Li 試驗電池,對其電化學性 能進行測試,結果表明,該電池具有較長的循環壽 命、較高的放電效率、優良的倍率性能及高低溫性 能,表明該電解液與 LiFePO4 正極材料具有良好的 相容性。以 LiDFOB - SL /EMC 為電解液組裝 Li /中 間相碳微球( MCMB) 試驗電池,并利用掃描電鏡 ( SEM) 、傅里葉紅外變換光譜( FT - IR) 及 X - 射線 光電子能譜( XPS) 對 MCMB 表面所形成的固體電 解質界面膜的形貌及組成進行分析,結果表明: 首次 循環后 MCMB 表面形成了光滑的 SEI 膜,它能有效 防止溶劑共嵌入到負極材料中,提高了電池的電化 學性能。通過對 FT - IR 和 XPS 的分析發現,SEI 膜 是由 C2H5OLi、C2H5CO3Li、Li2CO3、RSO3Li、Li2 SO3、 Li2 SO4、LiF、C2H5F 和一個復雜的、網狀的 B( 硼) 化 合物組成的。