赵宏福

摘要：电解质是锂离子电池的重要组成部分，对于电池的输出电压、倍率性能、适用温度范围、循环性能和安全性能等有着重要的影响。而锂盐作为液体电解液的关键组分，是决定电解液性能的重要因素。本文介绍了近年来应用于锂离子电池的各种新型锂盐，并讨论了它们的优缺点及在锂离子电池中的应用前景。

关键词：锂离子电池;新型电解质锂盐;研究进展

锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、无记忆功能和使用寿命长等特点，是目前应用最广的可充式电池。如今，锂离子电池已经在手机、笔记本电脑等便携式电子设备中占据主导地位。同时，基于环保和国家战略考虑，我国大力鼓励电动汽车用动力电池的快速发展。另外，风能、太阳能和生物质能等新型能源的利用离不开储能技术的进步，也为锂离子电池的发展提供了广阔市场。但是，随着技术的进步和社会的发展，人们对锂离子电池的能量密度、倍率性能、适用温度、循环寿命和安全性等都提出了更高的要求，这些都有赖于正极、负极、电解液和隔膜四大关键材料的进步。

电解液作为锂电池的关键材料，直接影响电池的倍率、容量、循环寿命、适用温度和安全等性能。电解液一般由锂盐、溶剂和添加剂组成。锂盐是电解液中锂离子的提供者，目前，常见的锂盐有LiPF6（六氟磷酸锂）、LiAsF6（六氟砷酸锂）、LiClO4（高氯酸锂）等，但是LiAsF6 具有毒性且价格昂贵;LiClO4 具有较大的安全风险，因而这两种锂盐罕有使用。LiPF6以其极高的离子电导率是应用最广泛的电解质锂盐。但LiPF6也存在热稳定性较差，遇水易分解等问题，难以满足高性能锂离子电池的需求。因此，LiFSI（双氟磺酰亚胺锂）、LiTFSI（双三氟甲基磺酰亚胺锂）、LiBF4（四氟硼酸锂）、LiBOB（二草酸硼酸锂）、LiDFOB（草酸二氟硼酸锂）、LiPF2O2（二氟磷酸锂）和 LiDTI（4，5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂）等新型锂盐的开发逐渐受到了科研人员的重视[1-4]。

锂盐是电解液的重要组成部分，其阴离子是决定电解液物理和化学性质的主要因素。随着人们对电池高电压和快速充放电性能提出了更高要求，以及对极端性能锂电池的需求日益迫切，锂盐成为攻克锂离子电池性能提升难题的突破口之一。本文综述了新型锂盐的研究进展，对其优缺点进行了评述，并对其应用前景进行了展望。

1 硼系锂盐

根据硼原子上所连的取代基不同，可以分为芳基硼酸锂和烷基硼酸锂。芳基硼酸锂在结构中含有芳香基团，包括双（ 邻苯二酚）硼酸锂（ LBBB）、双（ 2，3-萘二酚）硼酸锂（ LBNB）、双（2，2'-联苯二氧基）硼酸锂（LBBPB）、二（水杨酸）硼酸锂（LBSB）、二（2，3-吡啶二氧基）硼酸锂（LBPB）等[5-7]。

芳基硼酸锂的结构中阴离子都含有大的共扼π键，电荷高度离域，这种结构特点提高了其热稳定性，同时也提高了电导率和氧化稳定性。各种芳基硼酸锂盐的电导率顺序为LBBB ≥LBNB>LBSB> LBBPB>LBPB。最典型的烷基硼酸锂是双硼酸锂（ LBPFPB），其结构中含有8个三氟烷基，保证了极高的热稳定性、水解稳定性和氧化稳定性。F为强吸电子基团，能够分裂离子对，因此，LBPFPB具有很好的导电性，可与LiPF6媲美。类似的烷基硼酸锂还有双草酸硼酸锂（LiBOB）等。LiBOB的制备方法很多，合成原料价廉易得，合成方法简单，是一种非常有吸引力的低成本锂盐。LiBOB结构中不含氟原子、磺酸基，甚至不含碳氢键，一般认为正是这几种基团导致锂盐热稳定性差、腐蚀铝箔集流体和低电导率。室温下，LiBOB在大多数常用有机溶剂如二甲氧基乙烷（ DME）、四氢呋喃（ THF）、二甲基亞砜（DMSO）、N，N-二甲基甲酰胺（ DMF）、碳酸二甲酯（ DMC）、碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度能够达到1 mol/L以上，在DME中的溶解度能够达到1.6mol/L。LiBOB具有两个最显著的优点：①以LiBOB作锂盐的电解液，锂离子电池可以在高温下工作而容量不衰减。②以LiBOB作锂盐的电解液，BOB-阴离子能够在石墨负极形成稳定有效的SEI膜。即使在单纯PC存在下，电池仍然能够正常充放电，不会出现石墨剥落现象，这是现有其他任何锂盐所不具备的性质。因此，LiBOB电解液能够有效提高正极材料和负极材料的热稳定性，可以大大提高锂离子电池的安全性。

2 全氟烷基磺酸酰亚胺锂盐

全氟烷基磺酸酰亚胺锂盐具有大体积和强吸电性的阴离子，因此在有机溶剂中易于解离，配制的电解液具有极高的导电性和热稳定性，主要由电化学氟化方法制备[8]。LiTFSI是最常见的酰亚胺锂盐，熔点为236～237℃，热稳定性好，但是其会腐蚀锂离子电池的正极集流体铝箔，这一点限制了其在传统的锂离子电池中的使用。LiFSI分子中的氟原子具有强吸电子性，能使N上的负电荷离域，离子缔合配对作用较弱，Li+容易解离，因而电导率较高。相比商业化LiPF6，LiFSI具有电导率高、水敏感度低和热稳定性好等优点。相比LiTFSI，LiFSI对Al箔的腐蚀电位更高（4.2 V）。此外，还能有效提高低温放电性能，抑制软包电池胀气。

3 磷系锂盐

磷系锂盐的典型代表为三[邻苯二酚]磷酸锂（LTBP）。这种化合物从结构上分析是用邻苯二酚基取代了LiPF6上的6个氟原子。它与LiPF6最显著的差别是其不易水解。LTBP的热稳定性较好，150 ℃分解，分解后产物能在230 ～ 260 ℃稳定存在，继续升高温度会分解为LiPO3，LiPO3在300℃以上仍能以安全的凝聚态存在。LiPO2F2也是一种典型的磷系锂盐，其具有较好的低温性能，同时也能改善电解液的高温性能。LiPO2F2通常作为添加剂使用，能在负极表面形成一层富含LixPOyFz和LiF成分的SEI膜，有利于降低电池界面阻抗，有效提升电池的循环性能[9]。

4 其他锂盐

铝与硼为同族元素，在化学性质上有许多相似之处，因此用铝原子代替硼酸锂化合物中的硼原子，可以得到铝酸锂电解质盐。所合成的这种锂盐是固体，增加铝原了上取代基中的碳原子数后，可制得室温下为液态的电解质盐，可以得到具有更高离子导电性的电解液，制备成铝酸锂/PEO聚合物电解质，锂离子迁移数远远高于通常的锂盐/PEO体系。

5 结论

综上所述，新型电解质锂盐在锂离子电池中起着十分重要的作用，影响着锂离子电池的性能。由于简单锂盐的结构和稳定性特点，使得它们的应用遇到种种障碍，因此开发新的电解质锂盐是锂离子电池研究的重要方面。在实际应用于锂离子电池的锂盐主要存在以下问题：有些鋰盐的溶解度不高，能量密度较低，稳定性能较差;有些锂盐的合成条件苛刻，成本较高;有些锂盐的安全性问题尚待解决;有些锂盐在使用中对电极材料有不良影响，本身的电化学窗口不够大。其中，LiFSI和LiPO2F2是最有应用前景的新型锂盐，更加深入地研究这两种锂盐在锂离子电池中的应用，将会推动锂离子电池的发展。

参考文献：

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[2] 李世友，赵冬妮，崔孝玲等.锂离子电池新型电解质锂盐的研究进展[J].化工新型材料，2016（9）：56-58.

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[4] 李军，唐盛贺，黄际伟等.高安全性锂离子电池电解质研究进展[J].化工新型材料（10）：9-11.

[5] 仇卫华，阎坤，连芳等.硼基锂盐电解质在锂离子电池中的应用[J].化学进展，2011，23（2）：357-365.

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[7] 崔孝玲，李世友，毛丽萍等.锂离子电池电解质用含硼锂盐研究进展[J].化工新型材料（1）：143-146.

[8] 刘英华，郭爱红，毕成良等.新型电解质锂盐——氟烷基膦酸锂的研究现状[J].天津化工，2005，19（5）：1-3.

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