Características de LiTFSI y comparación con LiFSI
Introducción a LiTFSI
LiTFSI se utiliza principalmente en baterías orgánicas de iones de litio y agentes antiestáticos. Los aniones orgánicos LiTFSI presentan una excelente estabilidad térmica debido a sus fuertes enlaces covalentes.
LiTFSI se utiliza habitualmente en la industria de las baterías de iones de litio primarias, y su conductividad es comparable a la de LiClO4 y LiAsF6 sin necesidad de preocuparse por la estabilidad y la seguridad. LiTFSI puede utilizarse como sal secundaria en el electrolito de las baterías secundarias de iones de litio, lo que puede mejorar eficazmente el rendimiento del electrolito.
El propio LiTFSI es un aditivo antiestático de alta pureza. Al mismo tiempo, LiTFSI puede utilizarse como materia prima para la síntesis de líquido iónico aditivo antiestático, que es compatible con diversos materiales poliméricos de alto rendimiento, incluidos termoplásticos y termoestables.
| Nombre de la química | Bisfluorometilsulfonimida de litio |
| Fórmula molecular | (CF3SO2)2NLi |
| Cas No | 90076-65-6 |
| Peso molecular | 287.08 |
| Punto de fusión | 236℃ |
| Apariencia | Polvo blanco |
| pH（10 % Solución acuosa） | 6-8 |
La solubilidad del LiTFSI
Solubilidad de LiTFSI en diversos disolventes a temperatura ambiente 25℃. La excelente solubilidad de LiTFSI en disolvente puede mejorar la conductividad y la viscosidad del electrolito.
| Solubilidad del LiTFSI en diferentes disolventes | |
|---|---|
| Disolvente | Solubilidad del agua（%） |
| Dioxolano (DOL) | 53 |
| γ -Butirolactona(GBL) | 50 |
| Dimetoxietano (DME) | 63 |
| Dimetilcarbonato (DMC) | 68 |
| Carbonato de etilo y metilo (EMC) | 61 |
| Carbonato de propileno (PC) | 45 |
Estabilidad de LiTFSI
Espectro de superposición de pérdidas térmicas de LiTFSI de diferentes lotes
Se puede obtener que LiTFSI tiene una buena estabilidad térmica antes de 375 ℃. LiTFSI es muy fácil de absorber agua y delicuescencia, y debe evitar el ambiente húmedo cuando se utiliza.
En la actualidad, la LiTFSI como sal de litio conductora ha recibido gran atención, lo que se debe principalmente a la TFSI: carga negativa altamente deslocalizada, estructura molecular flexible, buena estabilidad térmica y estabilidad química.
Comparación de sales de litio conductoras
Como componente esencial de los SPE, las sales de litio conductoras tienen un impacto significativo en las propiedades de los electrolitos. Las estructuras aniónicas de las sales de litio comunes incluyen principalmente haluro de litio (LiX, X=F, Cl, Br, I), LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiTf, LiTFSI, LiBOB, LiBETI, LiFSILiHFPSI.
Cuando se utiliza LiTFSI, el secado al vacío puede reducir el contenido de agua; de lo contrario, el LiTFSI afectará al rendimiento de las baterías de iones de litio. Especialmente, en la preparación del electrolito sólido a base de polímeros se generan fácilmente burbujas y agujeros, por lo que es necesario el secado.
Comparación entre LiFSI y LiTFSI
La comparación entre LiFSI y LiTFSI es la diferencia entre los dos grupos terminales (- F y - CF3). En comparación, la estabilidad del enlace F-S es más débil que la del enlace C-S, por lo que la velocidad de hidrólisis del enlace F-S es más rápida, y la resistencia al calor del enlace F-S no es tan buena como la del enlace C-S. Cuando el LiFSI se hornea a 100 ℃, cambiará de color de forma evidente, pero el LiTFSI no tiene ningún problema.
Sin embargo, como ambas son sales amidas de litio, tienen buena solubilidad, mejor resistencia a la hidrólisis y estabilidad térmica, pero también tienen capacidad para corroer la lámina de aluminio. Es posible que el enlace F-S sea relativamente fácil de romper, y el flúor roto tiene un cierto efecto protector sobre la lámina de aluminio, por lo que el potencial de apertura de LiFSI para la corrosión de la lámina de aluminio es mayor, superior a 4,35V;
Sin embargo, el LiTFSI no es estable para la lámina de aluminio a unos 4,2 V. Ambos son estables y no corrosivos para la lámina de cobre. LiFSI también ha observado la corrosión de la lámina de acero inoxidable, que es desconocida. LiTFSI no tiene tal respuesta. Además, la presencia de LiPF6 puede ayudar a estabilizar el papel de aluminio, es decir, LIPF6 puede pasivar el colector catódico hasta cierto punto, inhibiendo así el daño de LiTFSI o LiFSI.
Por eso se incluye LIPF6 en la mayoría de las fórmulas. Por supuesto, también se pueden encontrar otros agentes pasivantes con mejor efecto para igualar el uso de la sal de imina de litio. La solubilidad de LiTFSI y LiFSI es incluso sorprendente. La sal de litio sólida puede incluso absorber el agua del aire.
El agua absorbida durante más de diez minutos puede hacer que la sal de litio se disuelva en ella para formar un charco de solución a una velocidad muy rápida. Cuando se secan este tipo de sales de litio, es necesario garantizar estrictamente las propiedades de sellado y secado, de lo contrario es difícil alcanzar el estándar de agua requerido por el electrolito (alrededor de 200ppm por debajo).
Además del vapor de agua, LiTFSI o LiFSI también tendrán una capacidad de absorción relativamente fuerte al vapor de otros disolventes de moléculas pequeñas, lo que dará lugar a que la sal de litio se mezcle con otros disolventes. Por lo tanto, en el entorno en el que se utiliza LiTFSI o LiFSI, debe evitarse la contaminación causada por la absorción de vapores de disolventes no deseados.
Cuando se trata de aplicaciones específicas, el LiTFSI ha recibido una atención considerable. Puede mejorar la conductividad del electrolito. Con una pequeña cantidad de aditivos, el LiTFSI puede mejorar el rendimiento a baja temperatura del electrolito, pero el LiTFSI no ayuda significativamente al rendimiento a alta temperatura.
Con la popularidad de LiFSI, tiene características similares y ligeramente mejores con LiTFSI, lo que hace que LiTFSI sea rápidamente expulsado del mercado de electrolitos de litio. Por el contrario, LiFSI ha florecido rápidamente en este mercado, y ha sido reconocido y aplicado por casi todas las grandes plantas de electrolitos. Incluso es raro que muchas empresas se hayan dedicado simultáneamente a la síntesis y producción de este aditivo.
En la actualidad, el LiFSI se ha considerado básicamente en el electrolito líquido tradicional. Básicamente no hay ninguna aplicación de producción en masa de LiTFSI en electrolitos de baterías de iones de litio, sin embargo, LiTFSI tiene buena dispersabilidad y estabilidad en polímeros, lo que lo hace útil en electrolitos de matriz polimérica o en la investigación de algunos electrolitos sólidos.
La dosificación al nivel de 1-3% suele considerarse un aditivo. LiFSI puede utilizarse en casi todos los tipos de electrolitos secundarios, entre ellos batería ternaria de litio/cobalto de litio/fosfato de hierro y litio, no hay incompatibilidad entre éste y el material del ánodo. No es fácil que se descomponga y produzca gas a altas temperaturas. A bajas temperaturas, tiene buena conductividad, buena solubilidad y buen rendimiento en todos los aspectos.
No hay ninguna debilidad significativa, y su coste se está reduciendo rápidamente. Es extraño que estos aditivos no sean populares. Sin embargo, debido a consideraciones de coste, el LiFSI rara vez se utiliza en la fórmula de litio hierro fosfato y en la fórmula de litio cobalto, y la mayoría de sus aplicaciones son principalmente en electrolito ternario.
