作為電解液的核心部分,溶質(zhì)鋰鹽在很大程度上決定著電池的各項(xiàng)性能。目前,低成本的無(wú)機(jī)鋰鹽六氟磷酸鋰(LiPF6)占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位,但是六氟磷酸鋰仍存在熱穩(wěn)定性較差,較易水解,容易造成電池容量快速衰減并帶來(lái)安全隱患、極易吸潮分解釋放出有害氣體氟化氫的問(wèn)題,逐漸無(wú)法跟上鋰電池發(fā)展的需求。而新型電解液溶質(zhì)鋰鹽往往具有更高的熱穩(wěn)定性、熱力學(xué)穩(wěn)定性和高低溫放電性能,物化性能優(yōu)于六氟磷酸鋰,能夠更好的滿足鋰電池的發(fā)展趨勢(shì)。將新型鋰鹽應(yīng)用于鋰離子電池可拓寬電池的使用溫度,提升循環(huán)壽命和安全性,在動(dòng)力電池高能量密度、高安全性的需求環(huán)境下,新型鋰鹽是未來(lái)發(fā)展的重要方向。
新型鋰鹽LiFSI,鋰電中游材料的下一個(gè)風(fēng)口
目前商業(yè)化使用的電解質(zhì)主要為有機(jī)電解液,由溶質(zhì)(鋰鹽)、溶劑(有機(jī)溶劑)以及添加劑構(gòu)成。溶質(zhì)鋰鹽的選擇很大程度上也決定著鋰電池的容量、工作溫度、循環(huán)性能、功率密度、能量密度及安全性等性能。
目前,以雙氟磺酰亞胺鋰(LiFSI)為代表的下一代新型有機(jī)鋰鹽備受市場(chǎng)關(guān)注。從材料特性來(lái)看,LiFSI與LiPF6相比,擁有更好的導(dǎo)電性、更高的電化學(xué)和熱穩(wěn)定性以及抗水解性,可以在高溫環(huán)境下保持良好的電池性能。LiFSI在電池中還可以形成更薄、更均勻的SEI,可以有效減小枝晶對(duì)電池結(jié)構(gòu)的破壞從而提升穩(wěn)定性。雖然LiFSI對(duì)鋁制集流板有腐蝕作用,但目前可以通過(guò)加入少量添加劑如LiODFB使鋁提前鈍化來(lái)克服。
LiFSI與LiPF6混合使用也能一定程度較單獨(dú)使用LiPF6提升電池性能。LiFSI以及衍生物NaFSI還十分適合用于未來(lái)電池體系如鋰硫電池(Li-S)、金屬鋰電池(LMB)、鈉離子電池(SIB)以及硅負(fù)極鋰電池,符合未來(lái)電池電解液的發(fā)展趨勢(shì)。因此可判斷LiFSI在電解液中的地位有望從目前的添加劑(占比0.5%以下)逐步過(guò)渡到單獨(dú)使用的鋰鹽(占比1%~15%),實(shí)現(xiàn)電解液溶質(zhì)鋰鹽環(huán)節(jié)的技術(shù)更迭。
發(fā)展可期,頭部企業(yè)加速布局新型鋰鹽
1995年,Michel Armand博士首次提出將LiFSI作為新型鋰電池溶質(zhì)鋰鹽,但由于該工藝中原料氟磺酸價(jià)格昂貴,且對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕非常厲害,阻礙了其商業(yè)化進(jìn)程。2012年,日本觸媒宣布已確立了溶質(zhì)鋰鹽用LiFSI的工業(yè)制造方法,次年,全球首個(gè)產(chǎn)業(yè)化級(jí)別的LiFSI生產(chǎn)線由日本觸媒實(shí)現(xiàn)。中國(guó)企業(yè)對(duì)LiFSI的產(chǎn)業(yè)化合成的研究始于2015年前后,并在2017年逐步落實(shí)產(chǎn)能,目前全球各大企業(yè)已開始陸續(xù)投資布局規(guī)?;腖iFSI產(chǎn)能。
LiFSI生產(chǎn)工藝流程
目前我國(guó)多家企業(yè)如天賜材料、新宙邦、多氟多、康鵬科技、氟特電池等紛紛突破LiFSI合成工藝的技術(shù)壁壘,陸續(xù)布局。
截止2021年10月,國(guó)內(nèi)現(xiàn)有LIFSI產(chǎn)能約6600噸/年,如若各家公司現(xiàn)有的擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目能夠順利實(shí)施,預(yù)計(jì)2025年國(guó)內(nèi)LIFSI產(chǎn)能將達(dá)到13萬(wàn)噸/年左右。
未來(lái),在下游動(dòng)力電池需求快速提升的形勢(shì)下,預(yù)計(jì)溶質(zhì)鋰鹽的需求將大幅擴(kuò)張。LiFSI出色的鋰電池性能以及降本帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性將加速其在鋰鹽領(lǐng)域的滲透。