在電動(dòng)汽車市場上，隨著鋰離子電池需求激增，研究人員正在加緊開發(fā)新的電解質(zhì)。新電解質(zhì)不僅需要保證電池的性能、壽命和安全性，還要滿足高能量負(fù)極材料（如硅）和正極材料（NMC 811等）的要求。高純度電解質(zhì)能夠減少電池副反應(yīng)，避免電池過早退化，具有重要意義。
據(jù)外媒報(bào)道，阿科瑪（Arkema）公司推出的新型電解液添加劑LiTDI，不僅能延長電池壽命，加快充電速度，對于電動(dòng)汽車必需的高容量電池材料，還解決了材料純度和穩(wěn)定性問題。
LiTDI，鋰4,5-二氰基-2-（三氟甲基）異吡唑，最初由華沙理工大學(xué)（WUT）發(fā)現(xiàn)，華沙理工大學(xué)、法國國家科學(xué)研究中心（CRNS）和法國亞眠大學(xué)（University of Amiens）合作研究其合成和提純。Gregory Schmidt博士在法國亞眠大學(xué)Michel Armand教授團(tuán)隊(duì)時(shí)，就曾嘗試將這種鋰鹽應(yīng)用于鋰離子電池中，并重點(diǎn)研究合成和電解質(zhì)配方兩個(gè)方面。研究結(jié)果表明，用這種鋰鹽制成的添加劑，可極大提升電解質(zhì)性能。研究人員將這種分子整合至阿科瑪強(qiáng)大的電池平臺和可再生能源解決方案。
LiTDI具有諸多優(yōu)點(diǎn)，其分子結(jié)構(gòu)經(jīng)過量身打造，可以極大提升電化學(xué)穩(wěn)定性，促進(jìn)離子解離。異吡唑環(huán)通過共振效應(yīng)促進(jìn)負(fù)電荷解離。其次，兩個(gè)腈基的電負(fù)性/重量比得到優(yōu)化，可以進(jìn)一步促進(jìn)正電荷解離。最后，附著在異吡唑環(huán)上F3基團(tuán)，有益于保持電化學(xué)穩(wěn)定性。循環(huán)伏安法研究表明，該分子在低于4.6 ~ 4.7V時(shí)沒有反應(yīng)活性。此外，DSC研究表明，此類分子具有極高的熱穩(wěn)定性，只有溫度高于250℃時(shí)才會降解，對于長期高壓高溫工作的鋰離子電池來說，堪稱最佳選擇。
在電解液中，除了固有的穩(wěn)定性，LiTDI還是重要的除濕劑。鋰離子和碳腈基團(tuán)與水分子相互作用，通過氫鍵捕捉水分子，從而有效地抑制LiPF5的水解。LiPF5是LiPF6在負(fù)極上的分解產(chǎn)物，是一種強(qiáng)路易斯酸，是電解質(zhì)溶劑降解的主要原因。此外，由于LiPF6的降解，碳腈基團(tuán)與HF分子相互作用，可以進(jìn)一步減輕正極側(cè)的寄生反應(yīng)。通過減少雜質(zhì)對不同電解質(zhì)成分的影響，只需添加1%的LiTDI，就可提高電解質(zhì)穩(wěn)定性，并延長電池壽命。
另外，LiTDI有助于在鋁集流器上形成鈍化層，也能對電池性能產(chǎn)生重要影響。研究人員試圖尋找適合高壓應(yīng)用的LiPF6替代品，但是，正極集電器上出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象，能夠增加內(nèi)部電阻率，并降低正極容量。對于包含基于替代鹽（LiFSI等）新電解質(zhì)的電池來說，由LiTDI形成的穩(wěn)定鋁保護(hù)層，有助于增加電池壽命，支持使用高壓電極（如NMC 622）。
值得一提的是，LiTDI 有助于形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面膜（SEI），保護(hù)負(fù)極不受有機(jī)溶劑降解反應(yīng)的影響。LiTDI與傳統(tǒng)SEI添加劑（如FEC或VC）相結(jié)合，通過對CF3基團(tuán)去氟化，幫助LiF礦物相的生長，同時(shí)促進(jìn)聚合物相的形成。由此產(chǎn)生的SEI膜更薄，而且交聯(lián)強(qiáng)勁，有助于降低電阻率，減少初始容量損失。這種現(xiàn)象不僅出現(xiàn)在石墨負(fù)極上，也出現(xiàn)在硅基正極上。對于電池壽命和電池內(nèi)阻來說，SEI添加劑能起到更為重要的作用。
綜上所述，在鋰離子電池中，LiTDI添加劑與傳統(tǒng)的SEI添加劑協(xié)同作用，電池阻抗降低，明顯提高快速充放電性能。另外，這種鹽可以提升電解質(zhì)純度和穩(wěn)定性，使傳統(tǒng)電解質(zhì)能夠高溫循環(huán)（> 45℃）。最后，LiTDI是一種很好的電解液添加劑，不論采用石墨負(fù)極，還是硅基正極，都可以明顯延長電池壽命。
