锂盐能增强电池的功率,但也会增加其成本。一种锂盐浓度极低的新型电解质 LiDFOB 可以提供更便宜、更可持续的选择。研究小组在报告中说,使用这些电解质和传统电极的电池已被证明具有高性能。此外,这种电解质还能促进电池的生产和回收。
锂离子电池(LIB)为智能手机和平板电脑提供电力,驱动电动汽车,并在发电厂储存电力。大多数锂离子电池的主要成分是锂钴氧化物(LCO)阴极、石墨阳极以及为阴极和阳极的解耦反应提供移动离子的液态电解质。
这些电解质决定了电极上形成的相间层的性质,从而影响电池循环性能等特性。然而,商用电解质大多仍基于 30 多年前配制的系统:1.0 至 1.2 摩尔/升六氟磷酸锂(LiPF6)在羧酸酯("碳酸溶剂")中的溶液。
在过去的十年中,高浓度电解质(> 3 mol/L)得到了发展,它们有利于形成坚固的无机主导相间层,从而提高了电池性能。然而,这些电解质粘度高、润湿能力差、导电性差。
由于需要大量的锂盐,这些电解质的价格也非常昂贵,而这往往是影响可行性的一个关键参数。
研究小组现已开发出一种超低浓度电解质,可能适用于锂离子电池的实际应用:LiDFOB/EC-DMC。
LiDFOB(二氟草酸硼酸锂)是一种常见的添加剂,价格比LiPF6 便宜得多。EC-DMC (碳酸乙酯/碳酸二甲酯)是一种商用碳酸酯溶剂。
这种电解液的含盐量低至 2 重量百分比(0.16 摩尔/升),但离子电导率却高达 4.6 mS/cm,足以使电池正常工作。此外,DFOB- 阴离子的特性还能在 LCO 和石墨电极上形成以无机物为主的坚固相间层,从而在半电池和全电池中实现出色的循环稳定性。
目前使用的LiPF6会在潮湿环境中分解,释放出剧毒和腐蚀性的氟化氢气体(HF),而 LiDFOB 则对水和空气稳定。使用 LiDFOB 的 LIB 不需要严格的干燥室条件,而可以在环境条件下制造,这又是一个节约成本的特点。此外,回收问题也会大大减少,从而提高可持续性。