阿科玛集团推出超高纯度锂盐LiFSI 可提高电池性能

随着市场的发展，锂离子电池需要有更高的能量密度、更长的使用寿命和更高的动力性能。据国外媒体报道，Arkema的电池解决方案可以满足其中的许多要求。电极材料的研究进展解决了能量密度的问题，新的电解质体系可以显著提高寿命和动力性能。特别是LiFSI，有望成为LiPF6的优质替代品之一，用作电解液中的锂盐。

(来源:chargedev)

目前，LiFSI主要用作电解液中的添加剂，而LiPF6仍然是主要的锂盐。少量的LiFSI可以通过与固体电解质界面膜相互作用来提高低温性能、寿命和储存稳定性。

此外，用LiFSI替换LiPF6可以获得更好的性能。用LiFSI代替LiPF6可以实现更高的离子电导率(图1a)和更高的电解质迁移率。因此，与LiPF6基电解液相比，NMC811/石墨电池中的LiFSI基电解液具有更高的倍率性能(图1b)。

图1:1:Li FSI电解质溶液的离子电导率和速率性能

增加LiFSI/LiPF6的比率可以改善45℃下的寿命和储存老化(随时间的容量损失)，因为LiSi具有更高的热稳定性和化学稳定性，并且比LiPF6产生更少的HF。

将LiFSI(1wt%高浓度(1wt%、4wt%和10wt%)加入电解液中，剩余的盐是LiPF6。经过200次循环后，NMC532/石墨电池的容量保持率有所提高(图2a)。

将10wt%的LiFSI而不是4wt%的Li FSI加入到电解质中(图2b)。然后，在70°C和100% SOC条件下，NMC/石墨电池可储存两周，容量恢复能力更高。

图2:2:Li FSI电解质的容量保持和储存老化

LiFSI的另一个优点是溶解度高，有利于高浓度电解质的形成。这类电解质越来越受到人们的关注，因为其盐/溶剂配位结构可以缓解甚至抑制锂金属阳极上的易燃性、高压分解和枝晶生长。

在DME中，在1M LiFSI下，在0.5 Ma/cm的电流密度下进行树枝状试验。在几天的锂剥离和电镀之后，观察到枝晶生长，如通过增强电池的极化所揭示的(图3a)。另一方面，在高浓度电解质(DME中的4M LiFSI)中，枝晶生长受到抑制，因为在锂金属上形成了更稳定和致密的富锂固体电解质膜(SEI)(图3b)。

图3:3:Li FSI在锂金属阳极电池中的性能。

值得一提的是，当使用更高浓度的LiFSI而不是仅仅将其用作添加剂时，LiFSI盐的纯度具有重要意义。特别是合成过程中产生的一些离子，如氟、硫酸根或氯，会通过不同的机理对电池的性能产生不利影响，即使量很少，如百万分之几。这会增加电解液在高压下的副反应，在SEI中相互作用，导致铝集流体镀锂甚至腐蚀。

Acoma正在生产超高纯度产品——LiFSI盐，商标为——for next。即使没有LiPF6，这种盐也能有效钝化铝(图4)；在4.4V Li/Al钮扣电池中测得的剩余电流非常低，在EC/EMC (3: 7，vol .)中在1M LiFSI下非常稳定。

图4: 4.4V计时电流分析法

为了将FORANEXT LiFSI与市场上的其他LiFSI进行比较，研究人员测量了LiFSI水溶液的pH值。在流通或储存过程中，酸性物质的存在可能导致HF的形成，从而降低pH值，随着时间的推移，纯度也会降低。循环后，比较由不同LiFSI来源制成的水溶液的pH值和容量保持率，超高纯度FORANEXT LiFSI表现出最佳性能(图5)。因为容量保持率取决于特定杂质的性质，所以pH值和容量保持率之间并不总是有直接关系。然而，通过减少杂质的总量，FORANEXT LiFSI在200次循环后表现出最佳的容量保持率。可见，大规模替代LiPF6时，需要使用超高纯度的LiFSI。

图5:不同LiFSI源的pH值和容量保持率

一般来说，在电解液中用LiFSI部分替代LiPF6可以提高锂离子电池的倍率性能和容量保持性能。LiFSI还有望成为LiPF6的替代品，可用于开发能量密度更高的新型锂离子电池技术(如锂金属电池)。对于LiFSI浓度高于添加剂量的应用，使用超高纯度LiFSI(如FORANEXT LiFSI)可获得最佳性能。随着市场的发展，锂离子电池需要有更高的能量密度、更长的使用寿命和更高的动力性能。据国外媒体报道，阿科玛的电池解决方案可以满足其中的许多要求。电极材料的研究进展解决了能量密度的问题，新的电解质体系可以显著提高寿命和动力性能。特别是LiFSI，有望成为LiPF6的优质替代品之一，用作电解液中的锂盐。

(来源:chargedev)

目前，LiFSI主要用作电解液中的添加剂，而LiPF6仍然是主要的锂盐。少量的LiFSI可以通过与固体电解质界面膜相互作用来提高低温性能、寿命和储存稳定性。

此外，用LiFSI替换LiPF6可以获得更好的性能。用LiFSI代替LiPF6可以实现更高的离子电导率(图1a)和更高的电解质迁移率。因此，与LiPF6基电解液相比，NMC811/石墨电池中的LiFSI基电解液具有更高的倍率性能(图1b)。

图1:1:Li FSI电解质溶液的离子电导率和速率性能

增加LiFSI/LiPF6的比率可以改善45℃下的寿命和储存老化(随时间的容量损失)，因为LiSi具有更高的热稳定性和化学稳定性，并且比LiPF6产生更少的HF。

将LiFSI(1wt%高浓度(1wt%、4wt%和10wt%)加入电解液中，剩余的盐是LiPF6。经过200次循环后，NMC532/石墨电池的容量保持率有所提高(图2a)。

将10wt%的LiFSI而不是4wt%的Li FSI加入到电解质中(图2b)。然后，在70°C和100% SOC条件下，NMC/石墨电池可储存两周，容量恢复能力更高。

图2:2:Li FSI电解质的容量保持和储存老化

LiFSI的另一个优点是溶解度高，有利于高浓度电解质的形成。这类电解质越来越受到人们的关注，因为其盐/溶剂配位结构可以缓解甚至抑制锂金属阳极上的易燃性、高压分解和枝晶生长。

在DME中，在1M LiFSI下，在0.5 Ma/cm的电流密度下进行树枝状试验。在几天的锂剥离和电镀之后，观察到枝晶生长，如通过增强电池的极化所揭示的(图3a)。另一方面，在高浓度电解质(DME中的4M LiFSI)中，枝晶生长受到抑制，因为在锂金属上形成了更稳定和致密的富锂固体电解质膜(SEI)(图3b)。

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图3:3:Li FSI在锂金属阳极电池中的性能。

值得一提的是，当使用更高浓度的LiFSI而不是仅仅将其用作添加剂时，LiFSI盐的纯度具有重要意义。特别是合成过程中产生的一些离子，如氟、硫酸根或氯，会通过不同的机理对电池的性能产生不利影响，即使量很少，如百万分之几。这会增加电解液在高压下的副反应，在SEI中相互作用，导致铝集流体镀锂甚至腐蚀。

Acoma正在生产超高纯度产品——LiFSI盐，商标为——for next。即使没有LiPF6，这种盐也能有效钝化铝(图4)；在4.4V Li/Al钮扣电池中测得的剩余电流非常低，在EC/EMC (3: 7，vol .)中在1M LiFSI下非常稳定。

图4: 4.4V计时电流分析法

为了将FORANEXT LiFSI与市场上的其他LiFSI进行比较，研究人员测量了LiFSI水溶液的pH值。在流通或储存过程中，酸性物质的存在可能导致HF的形成，从而降低pH值，随着时间的推移，纯度也会降低。循环后，比较由不同LiFSI来源制成的水溶液的pH值和容量保持率，超高纯度FORANEXT LiFSI表现出最佳性能(图5)。因为容量保持率取决于特定杂质的性质，所以pH值和容量保持率之间并不总是有直接关系。然而，通过减少杂质的总量，FORANEXT LiFSI在200次循环后表现出最佳的容量保持率。可见，大规模替代LiPF6时，需要使用超高纯度的LiFSI。

图5:不同LiFSI源的pH值和容量保持率

一般来说，在电解液中用LiFSI部分替代LiPF6可以提高锂离子电池的倍率性能和容量保持性能。LiFSI还有望成为LiPF6的替代品，可用于开发能量密度更高的新型锂离子电池技术(如锂金属电池)。对于LiFSI浓度高于添加剂量的应用，使用超高纯度LiFSI(如FORANEXT LiFSI)可获得最佳性能。

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