溶劑 PC 會隨著 Li +在石墨表面共嵌,造成石墨負極的 剝落,導致鋰離子電池性能下降。Li/石墨半電池能在以LiODFB 為鋰鹽、PC+EC+EMC(3∶3∶4)為溶劑的電解液中 有很好的循環性能,首次循環效率達到86%。這是因為 LiODFB 形成了穩定的 SEI 膜,能有效抑制 PC 在石墨上發生 還原、共嵌。LiODFB 在分子結構上有與 LiBOB 類似的草酸 根結構,因此能通過一系列復雜的置換反應?在石墨負極形 成有效、穩定的 SEI 膜[7。S?S?Zhang 分析認為,LiODFB在石墨上的成膜機理大致分為3個階段:
①1?70~1?50V,由于 LiODFB 開環形成了-OCOCOO-的還原產物?SEI 膜 電阻明顯降低?初始形成的 SEI 膜中含有 LiODFB 的還原產 物;
②1?50~0?25V,溶劑發生還原反應?SEI 膜的電阻隨著 電壓的降低而緩慢降低,反映了此時的 SEI 膜多孔、不穩定 且電導率低;
③低于0?25V,石墨發生嵌鋰反應?此時 SEI 膜 的阻抗大小由兩個相反的因素影響。
高電導率 SEI 膜的形 成?使 SEI 膜的阻抗降低;石墨結構膨脹,使 SEI 膜的阻抗增 大。這兩個因素使 SEI 膜阻抗大小的變化隨著電壓的降低 有不確定性,可能增大,可能減小,也可能不變。由此可知,低于0?25V 的電壓區間對 SEI 膜的形成起著十分重要的作 用,影響著 SEI 膜阻抗的大小,也影響著電池性能的發揮。
D?P?Abraham 等以 LiNi0?8Co0?15Al0?05O2 為正極、石 墨為負極,LiPF6、LiBF4、LiBOB 或 LiODFB 鋰鹽的電解液組成鋰離子電池。使用 L-i Sn 參比電極研究了電解液組成對電 池阻抗的影響。全電池阻抗和負極阻抗的大小趨勢均為: LiBOB>LiBF4>LiODFB>LiPF6。他們還測試了以 LiBOB、LiODFB 為主鹽和添加劑的電解液的阻抗;含 LiBOB 電解液 的電池?阻抗大于含 LiODFB 電解液的電池,含 LiODFB 電解 液的電池中石墨表面的阻抗小于含 LiBOB 電解液的電池。 含 LiBOB 電解液在石墨負極上形成的 SEI 膜含有多羰基聚 合物?阻擋了 Li +的移動,使石墨上的 SEI 膜的阻抗較大;含LiODFB電解液的電池?負極阻抗明顯較小,原 因 可 能 是LiODFB中的氟原子優化了石墨上的 SEI 膜表面結構或縮短 了形成聚合物的鏈長,形成了更利于 Li + 嵌脫的 SEI 膜。LiODFB在石墨負極上形成穩定、阻抗小的 SEI 膜?可提高鋰 離子電池的各種性能。S?S?Zhang 對 LiODFB 基電池進行 充放電,發現電池在60 ℃下循環200次后?容量保持率為 90%。Z?H?Chen 等 將 1?0 mol/L LiODFB/EC + PC + DMC(質量比1∶1∶3)電解液用于 MCMB/L333電池中?在 55℃下循環100次后,容量保持約為94%,說明 LiODFB V基 電池的高溫循環性能很好。在高溫下,LiODFB 不僅具有良 好的容量保持率,而且因 SEI 阻抗小而具有良好的高功率性 能;而 LiBOB 由于 SEI 膜阻抗太大,導致功率不高。
電荷轉移阻抗( Rct)在很大程度上影響著電池的低溫性能,LiBF4 基電解液具有較小的 Rct,從而具有良好的低溫性能。LiODFB 具有 LiBF4 的半分子結構,也有較小的 Rct,因此制備的電池的低溫性能也較好。相對于 LiBF4 而 言,LiODFB 分子中的草酸根結構增大了分子的體積,提高了 陰離子的溶劑化程度,提高了電解液電導率,因此 LiODFB基電解液兼具較高的離子電導率和較低的 Rct,提高了電池 的低溫性能,在-20℃和-30℃時以0?5mA 放電,容量分 別能達到室溫容量的81?7%和67?4%。降低 Rct不僅能提高電池的低溫性能,還能提高電池的倍率性能,因為 Rct影響著石墨電極上反應過程的動力學。一般來說,Rct與微分容量或循環伏安中的電流密度成反比,較小的 Rct使 LiODFB具有較好的高倍率性能,在室溫下以20 C 放電時,電池的容量可保持在1 C 充電容量的53%以上。