阿科瑪新型電解液添加劑LiTDI能提升電池壽命

蓋世汽車訊 在電動汽車市場上，隨著鋰離子電池需求激增，研究人員正在加緊開發(fā)新的電解質(zhì)。新電解質(zhì)不僅需要保證電池的性能、壽命和安全性，還要滿足高能量負極材料（如硅）和正極材料（NMC 811等）的要求。高純度電解質(zhì)能夠減少電池副反應，避免電池過早退化，具有重要意義。

據(jù)外媒報道，阿科瑪（Arkema）公司推出的新型電解液添加劑LiTDI，不僅能延長電池壽命，加快充電速度，對于電動汽車必需的高容量電池材料，還解決了材料純度和穩(wěn)定性問題。

LiTDI，鋰4,5-二氰基-2-（三氟甲基）異吡唑，最初由華沙理工大學（WUT）發(fā)現(xiàn)，華沙理工大學、法國國家科學研究中心（CRNS）和法國亞眠大學（University of Amiens）合作研究其合成和提純。Gregory Schmidt博士在法國亞眠大學Michel Armand教授團隊時，就曾嘗試將這種鋰鹽應用于鋰離子電池中，并重點研究合成和電解質(zhì)配方兩個方面。研究結(jié)果表明，用這種鋰鹽制成的添加劑，可極大提升電解質(zhì)性能。研究人員將這種分子整合至阿科瑪強大的電池平臺和可再生能源解決方案。

LiTDI具有諸多優(yōu)點，其分子結(jié)構經(jīng)過量身打造，可以極大提升電化學穩(wěn)定性，促進離子解離。異吡唑環(huán)通過共振效應促進負電荷解離。其次，兩個腈基的電負性/重量比得到優(yōu)化，可以進一步促進正電荷解離。最后，附著在異吡唑環(huán)上F3基團，有益于保持電化學穩(wěn)定性。循環(huán)伏安法研究表明，該分子在低于4.6 ~ 4.7V時沒有反應活性。此外，DSC研究表明，此類分子具有極高的熱穩(wěn)定性，只有溫度高于250℃時才會降解，對于長期高壓高溫工作的鋰離子電池來說，堪稱最佳選擇。

在電解液中，除了固有的穩(wěn)定性，LiTDI還是重要的除濕劑。鋰離子和碳腈基團與水分子相互作用，通過氫鍵捕捉水分子，從而有效地抑制LiPF5的水解。LiPF5是LiPF6在負極上的分解產(chǎn)物，是一種強路易斯酸，是電解質(zhì)溶劑降解的主要原因。此外，由于LiPF6的降解，碳腈基團與HF分子相互作用，可以進一步減輕正極側(cè)的寄生反應。通過減少雜質(zhì)對不同電解質(zhì)成分的影響，只需添加1%的LiTDI，就可提高電解質(zhì)穩(wěn)定性，并延長電池壽命。

另外，LiTDI有助于在鋁集流器上形成鈍化層，也能對電池性能產(chǎn)生重要影響。研究人員試圖尋找適合高壓應用的LiPF6替代品，但是，正極集電器上出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象，能夠增加內(nèi)部電阻率，并降低正極容量。對于包含基于替代鹽（LiFSI等）新電解質(zhì)的電池來說，由LiTDI形成的穩(wěn)定鋁保護層，有助于增加電池壽命，支持使用高壓電極（如NMC 622）。

值得一提的是，LiTDI 有助于形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面膜（SEI），保護負極不受有機溶劑降解反應的影響。LiTDI與傳統(tǒng)SEI添加劑（如FEC或VC）相結(jié)合，通過對CF3基團去氟化，幫助LiF礦物相的生長，同時促進聚合物相的形成。由此產(chǎn)生的SEI膜更薄，而且交聯(lián)強勁，有助于降低電阻率，減少初始容量損失。這種現(xiàn)象不僅出現(xiàn)在石墨負極上，也出現(xiàn)在硅基正極上。對于電池壽命和電池內(nèi)阻來說，SEI添加劑能起到更為重要的作用。

綜上所述，在鋰離子電池中，LiTDI添加劑與傳統(tǒng)的SEI添加劑協(xié)同作用，電池阻抗降低，明顯提高快速充放電性能。另外，這種鹽可以提升電解質(zhì)純度和穩(wěn)定性，使傳統(tǒng)電解質(zhì)能夠高溫循環(huán)（> 45℃）。最后，LiTDI是一種很好的電解液添加劑，不論采用石墨負極，還是硅基正極，都可以明顯延長電池壽命。