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2020年04月10日 | 阿科玛新型电解质添加剂LiTDI 可提升电池寿命和充电速度
2020-04-10 来源：盖世汽车
在电动汽车市场上，随着锂离子电池需求激增，研究人员正在加紧开发新的电解质。新电解质不仅需要保证电池的性能、寿命和安全性，还要满足高能量负极材料（如硅）和正极材料（NMC 811等）的要求。高纯度电解质能够减少电池副反应，避免电池过早退化，具有重要意义。
据外媒报道，阿科玛（Arkema）公司推出的新型电解液添加剂LiTDI，不仅能延长电池寿命，加快充电速度，对于电动汽车必需的高容量电池材料，还解决了材料纯度和稳定性问题。
LiTDI，锂4,5-二氰基-2-（三氟甲基）异吡唑，最初由华沙理工大学（WUT）发现，华沙理工大学、法国国家科学研究中心（CRNS）和法国亚眠大学（University of Amiens）合作研究其合成和提纯。Gregory Schmidt博士在法国亚眠大学Michel Armand教授团队时，就曾尝试将这种锂盐应用于锂离子电池中，并重点研究合成和电解质配方两个方面。研究结果表明，用这种锂盐制成的添加剂，可极大提升电解质性能。研究人员将这种分子整合至阿科玛强大的电池平台和可再生能源解决方案。
LiTDI具有诸多优点，其分子结构经过量身打造，可以极大提升电化学稳定性，促进离子解离。异吡唑环通过共振效应促进负电荷解离。其次，两个腈基的电负性/重量比得到优化，可以进一步促进正电荷解离。最后，附着在异吡唑环上F3基团，有益于保持电化学稳定性。循环伏安法研究表明，该分子在低于4.6 ~ 4.7V时没有反应活性。此外，DSC研究表明，此类分子具有极高的热稳定性，只有温度高于250℃时才会降解，对于长期高压高温工作的锂离子电池来说，堪称最佳选择。
在电解液中，除了固有的稳定性，LiTDI还是重要的除湿剂。锂离子和碳腈基团与水分子相互作用，通过氢键捕捉水分子，从而有效地抑制LiPF5的水解。LiPF5是LiPF6在负极上的分解产物，是一种强路易斯酸，是电解质溶剂降解的主要原因。此外，由于LiPF6的降解，碳腈基团与HF分子相互作用，可以进一步减轻正极侧的寄生反应。通过减少杂质对不同电解质成分的影响，只需添加1%的LiTDI，就可提高电解质稳定性，并延长电池寿命。
另外，LiTDI有助于在铝集流器上形成钝化层，也能对电池性能产生重要影响。研究人员试图寻找适合高压应用的LiPF6替代品，但是，正极集电器上出现的腐蚀现象，能够增加内部电阻率，并降低正极容量。对于包含基于替代盐（LiFSI等）新电解质的电池来说，由LiTDI形成的稳定铝保护层，有助于增加电池寿命，支持使用高压电极（如NMC 622）。
值得一提的是，LiTDI 有助于形成稳定的固体电解质界面膜（SEI），保护负极不受有机溶剂降解反应的影响。LiTDI与传统SEI添加剂（如FEC或VC）相结合，通过对CF3基团去氟化，帮助LiF矿物相的生长，同时促进聚合物相的形成。由此产生的SEI膜更薄，而且交联强劲，有助于降低电阻率，减少初始容量损失。这种现象不仅出现在石墨负极上，也出现在硅基正极上。对于电池寿命和电池内阻来说，SEI添加剂能起到更为重要的作用。
综上所述，在锂离子电池中，LiTDI添加剂与传统的SEI添加剂协同作用，电池阻抗降低，明显提高快速充放电性能。另外，这种盐可以提升电解质纯度和稳定性，使传统电解质能够高温循环（> 45℃）。最后，LiTDI是一种很好的电解液添加剂，不论采用石墨负极，还是硅基正极，都可以明显延长电池寿命。
史海拾趣
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