電解液的電導率決定鋰離子電池的內阻和在不同充放電速率下的電化學行為,對電池的實際應用比較重要。
研究了 LiBOB、LiBF4 和 LiODFB 在 PC+EC+EMC(體積比1∶ 1∶3)中的電導率。當溫度 <-30 ℃時,電導率關系為:LiBF4≈LiODFB>LiBOB;當 溫 度 >10 ℃ 時 ,電 導 率 變 為 : LiBOB>LiODFB>LiBF4。這 3 種鋰鹽在其他常見碳酸酯溶劑體 系中也有類似的規律。LiODFB 在電導率方面結合了 LiBOB 與 LiBF4 的優點,可在較寬的溫度范圍內保持較高的電導率, 有利于拓寬鋰離子電池的應用范圍。最近,報道了 LiODFB 在各種常用碳酸酯有機溶劑體系中的電導率, 如下圖所示,其中體積比為 1∶1 的 EC/DMC 表現出較高的電導率,在室溫下可達 8.58 mS/cm。
1 mol/L LiODFB 在各種溶劑體系中的電導率(0~45 ℃)
優良電解液性能的另一個重要因素就是要具有比較寬的 電化學穩定窗口。在電解液 LiODFB/(PC+EC+EMC)中,以金屬 Li 為對電極和參比電極,分別以 Cu 箔和 Al 箔為工作電極進 行循環伏安掃描。當掃描電位達到 5 V 時,對測試前后 Al 箔 的表面形貌進行觀察,未發現任何變化,在同樣的測試條件 下,LiPF6 及其他有機電解質鋰鹽會侵蝕 Al 箔;即使將掃描電 位提高到 6 V,仍未發生電解液的氧化,原因是 Al3+ 與 B-O 鍵 結合形成化學鍵,在 Al 表面形成一層致密的保護膜。
LiODFB 能在電解液 - 電極界面上形成穩定而致密的固 體電解質相界面(SEI)膜,提高電池的循環性能。LiODFB 在電解液體系固 - 液界面中同時 存在兩種化學平衡,形成兩種半碳酸鹽結構,如下圖(a)所示。 Ⅰ和Ⅱ又可以和主要的固液界面成分(如Ⅲ)結合,形成復雜 的、穩定的低聚物,如下圖 (b)所示,這些反應不包括電子轉 移,LiODFB 電解液中穩定的 SEI 膜的形成就是基于這些一系 列的復雜的交叉反應。
除了將 LiODFB 與常見的有機溶劑配合成鋰離子電池電 解液之外,LiODFB 也可用于凝膠聚合物電解質體系。
通過溶劑澆注技術以 LiODFB 為凝膠劑,EC 和 DEC 為 增塑劑,TiO2 或 Sb2O3 的納米顆粒為填充劑,制得了基于 PVdF-HFP 的納米復合聚合物電解質膜。該電解質膜具有多孔 結構,并且具有比較大的電導率和好的延伸率(125%)。
兩種半碳酸鹽結構