二氟草酸硼酸锂的化学结构是双草酸硼酸锂和 四氟硼酸锂结构的组合,用在锂离子电池中兼具 LiBOB和 LiBF4 两种锂金属化合物的优势,LiDFOB属于斜方晶系,空间群为 Cmcm,LiDFOB 中的 Li +为五重配位结构,极易结合其他分子形成正八面体 配合结构,LiDFOB 的分解温度不高,为 240 ℃,比 LiBF4 的 390 ℃和 LiBOB 的 330 ℃低,但比 LiPF6 高 约 40 ℃。
二氟草酸硼酸锂可以使电极表面附近的 Al 3+ 和 B-O 键结合形成化学键在集流体铝箔上形成一 层致密的保护膜,不仅能钝化铝箔,而且能够很好地 抑制电解液的氧化分解。研究了电解液 对集流体的腐蚀性,发现 4. 2 V 开始首次对铝箔产 生腐蚀,第二次循环时,腐蚀电位出现在了 6. 0 V 以 后,说明对铝箔产生了很好的钝化作用。针对电解 液与正负极材料的相容性,研究了与电极材料石墨、 三元材料 LiCo1 /3Ni1 /3 Mn1 /3O2 组成电池的倍率性能 和高温循环性能,LiDFOB 基电池高温循环 100 次的 不可逆损失为 8% ,而 LiPF6 电池的不可逆损失为 15% 。研究了电解液的高温性能,在 60 ℃ 高温下,使用 LiDFOB 电解液的电池其 LiFePO4 /G 电池循环 100 次,容量保持率为 86. 7% ,而 使 用 LiPF6 电解液的电池其容量保持率为 67. 4% ,循环 后电池极片扫描图显示使用 LiPF6 电解液的极片粗 糙,而使用 LiDFOB 电解液的极片则平滑、致密,能 明显看到膜。LiDFOB 电解液的高温性能明显优于 LiPF6 电解液。
LiDFOB 作为锂盐能够很好地支持负极集流体材 料铜箔。在 LiDFOB 电解液中,两个相互竞争的化学 反应得到的产物均能与 SEI 膜中的( LiOCO2CH2 ) 2等半碳酸酯双锂反应,形成更复杂、更稳定的低聚 物,得到更稳定的 SEI 膜,所以即使 LiDFOB 在纯 PC 中仍能在负极表面形成稳定的 SEI 膜。LiDFOB的结构中只有一个草酸根,所形成的 SEI 膜的阻抗值 较 LiBOB 形成的 SEI 膜要低,表现在阻抗谱中 1. 5 V 处的电压平台较短,这个电压平台主要由草酸根还原 所引起。在高温下,LiDFOB 不仅具有良好的容量保 持率,而且因 SEI 膜阻抗小而具有良好的高功率性 能。分析认为,LiDFOB 在石墨上的成膜 机理大致分为 3 个阶段: 1) 1. 70 ~ 1. 50 V,由于 LiDFOB 开环形成了- OCOCOO - 的还原产物,SEI 膜 电阻明显降低,初始形成的 SEI 膜中含有 LiDFOB的还原产物; 2) 1. 50 ~ 0. 25 V,溶剂发生还原反应, SEI 膜的电阻随着电压的降低而缓慢降低,反映了此 时的 SEI 膜多孔、不稳定且电导率低; 3) 低于0. 25 V, 石墨发生嵌锂反应,此时 SEI 膜的阻抗大小由两个 相反的因素影响。
LiDFOB - SL( 环丁砜) /EMC( 碳酸甲乙酯) 为电解液组装 LiFePO4 /Li 试验电池,对其电化学性 能进行测试,结果表明,该电池具有较长的循环寿 命、较高的放电效率、优良的倍率性能及高低温性 能,表明该电解液与 LiFePO4 正极材料具有良好的 相容性。以 LiDFOB - SL /EMC 为电解液组装 Li /中 间相碳微球( MCMB) 试验电池,并利用扫描电镜 ( SEM) 、傅里叶红外变换光谱( FT - IR) 及 X - 射线 光电子能谱( XPS) 对 MCMB 表面所形成的固体电 解质界面膜的形貌及组成进行分析,结果表明: 首次 循环后 MCMB 表面形成了光滑的 SEI 膜,它能有效 防止溶剂共嵌入到负极材料中,提高了电池的电化 学性能。通过对 FT - IR 和 XPS 的分析发现,SEI 膜 是由 C2H5OLi、C2H5CO3Li、Li2CO3、RSO3Li、Li2 SO3、 Li2 SO4、LiF、C2H5F 和一个复杂的、网状的 B( 硼) 化 合物组成的。