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目前锂离子二次电池电解液材料以LiPF6的碳酸酯溶液应用最为广泛。但LiPF6存在易分解及易水解的缺点,需要研究和开发新的、性能更好的电解质锂盐。目前研究的新型电解质锂盐主要集中在磷酸锂及硼酸锂的配合物,它们之中又以双乙二酸硼酸锂(Lithium bis(oxalate)borate,简称LiBOB)最引人瞩目。
LiBOB是一种新型的锂离子电池电解质锂盐,具有在碳负极表面成膜性能好、热分解温度高、环保、制备工艺简单、原料价格低廉等优点。本文首先对LiBOB的研究进展进行了评述,包括其基本性质、制备及溶液导电性的研究等方面。然后优化了低温固相法合成LiBOB的合成条件,最佳合成温度为90℃,时间为12 h。原料的加入顺序对反应没有影响。Li2CO3可作为原料替代LiOH、B2O3可代替H3BO3用于LiBOB的合成,拓宽了合成原料的范围。在制得目标产物后,对所得样品以元素分析法、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及热重-差热法(TG-DTG)进行了表征。结果表明:二次提纯后的样品主含量≥99.6％,满足用作锂离子二次电池电解质的标准。给出了其合成过程中混合原料在室温至400℃热分解时的3个阶段5个失重峰可能对应的化学反应式。对于LiBOB的非等温热分解研究,失重过程包含3个阶段4个失重峰,同时给出了各个失重峰可能对应的化学反应式。
将自制LiBOB样品溶于四元混合溶剂体系,研究了不同温度、不同溶剂组成的LiBOB溶液电导率κ。结果表明,在较宽温度范围内,0.7 mol·L-1LiBOB-EA/PC/EMC/DMC(2:1:1:1)(当温度由-40.0变化到60.0℃时,κ由1.341mS·cm-1增加到11.60 mS·cm-1)溶液,0.5 mol·L-1 LiBOB-EA/EC/EMC/DMC(2:1:1:1)(当温度由-40.0变化到60.0℃时,κ由1.78 mS·cm-1增加到11.22 mS·cm-1)两溶液体系具有较高电导率。结果表明EA的加入更有利于提高0.7 mol·L-1 LiBOB-PC/EMC/DMC(1:1:1)电解液的低温电导率。
通过以0.7 mol·L-1 LiBOB-EA/PC/EMC/DMC(2:1:1:1)为电解液,组装LiFePO4/Li实验电池,并测试了电池循环伏安曲线。结果表明,该体系溶液为电解液所组装电池具有更好的稳定性和可逆性,可初步得出上述基于LiBOB的电解液更适合用作锂离子二次电池电解液的结论。