Jiayuan Science: Anwendung von Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid in der Lithiumbatterieindustrie

Nach Zugabe zum Elektrolyten Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid Es bietet eine gute Kompatibilität mit positiven und negativen Elektrodenmaterialien und hat viele weitere Vorteile, was dem Entwicklungstrend eines hohen Nickelgehalts in positiven Elektroden-Ternärmaterialien für Lithium-Hochleistungsbatterien entgegenkommt.

[Populärwissenschaftliche Forschung] Anwendung von Elektrolytzusätzen in der Lithiumbatterieindustrie

Eins,

Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid – Grundkonzept

Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid ist ein weißes Pulver mit einem Schmelzpunkt von 140–145 °C. Es zeichnet sich durch gute Leitfähigkeit (Ionenleitfähigkeit 9,8 mS/cm) und hohe thermische Stabilität aus. Dadurch verbessert es effektiv die Entladeleistung bei niedrigen Temperaturen und die Sicherheit von Lithiumbatterien. Nach Zugabe zum Elektrolyten weist es eine gute Kompatibilität mit positiven und negativen Elektrodenmaterialien auf und bietet viele weitere Vorteile. Dies entspricht dem Entwicklungstrend hin zu ternären Elektrodenmaterialien mit hohem Nickelgehalt für Hochleistungs-Lithiumbatterien.

Zwei,

Anwendung von Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid

Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid (LiFSI) zeichnet sich durch hervorragende elektrochemische Stabilität aus und arbeitet auch in Hochspannungsumgebungen stabil. Dies ist besonders vorteilhaft für Hochleistungsbatterien und hochwertige Unterhaltungselektronik. Zu den weiteren Vorteilen von LiFSI zählen die Verbesserung der Ionenmigration und der elektrochemischen Reaktionskinetik von Lithiumbatterien bei niedrigen Temperaturen sowie die Steigerung der Leistung und des Lade-/Entladeverhaltens in diesem Bereich. LiFSI besitzt zudem eine gute thermische Stabilität, wodurch die Sicherheit von Lithiumbatterien bei hohen Temperaturen erhöht wird. Darüber hinaus hemmt LiFSI das Wachstum von Lithiumdendriten, verbessert die Grenzflächenreaktionen der Batterie und verlängert so deren Lebensdauer.

Es gibt zwei Hauptproduktionsverfahren für Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid, nämlich das Chlorsulfonsäureverfahren und das SO2F2-Verfahren, die auch als Drei-Schritt-Verfahren und Zwei-Schritt-Verfahren bekannt sind.

1. Drei-Schritte-Methode

Lithium-Bis(fluorsulfonyl)imid-Produkte lassen sich durch Fluorierung von Bis(chlorsulfonyl)imid herstellen. Die meisten gängigen Synthesemethoden für Lithium-Bis(fluorsulfonyl)imid (LiFSI) basieren auf der Synthese von Bis(chlorsulfonyl)imid (HClSI), dessen Umsetzung mit einem fluorierten Metallsalz zum entsprechenden Bis(fluorsulfonyl)imid-Zwischenprodukt. Dieses wird anschließend einem Kationenaustausch mit Lithiumhydroxid (LiOH) oder Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) unterzogen, um Lithium-Bis(fluorsulfonyl)imid (LiFSI) zu erhalten.

Dieses Verfahren ist derzeit am Markt weit verbreitet. Im Rahmen der Forschung haben verschiedene Wissenschaftler unterschiedliche Reaktionsverfahren optimiert, um die Reinheit und Ausbeute von LiFSI-Produkten zu verbessern. Dennoch bestehen weiterhin Probleme wie ein Überschuss an Metallionen, lange Reaktionszeiten, hohe Kosten, komplexe Prozessabläufe und geringe Ausbeuten.

2. Zwei-Schritt-Verfahren

Das Verfahren besteht im Wesentlichen darin, ein Bis(fluorsulfonyl)imid-Salz zu gewinnen, wie in der Abbildung unten dargestellt, und dann dieses Bis(fluorsulfonyl)imid-Salz mit Lithiumhydroxid oder Lithiumcarbonat in einer Austauschreaktion zu verwenden, um Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid zu erhalten.

Obwohl die Rohstoffe weniger toxisch sind als Fluorwasserstoff, ist das Verfahren sicherer, der Reaktionsprozess und die Durchführung sind relativ einfach, und es entstehen weniger Arten von Nebenprodukten, der Preis der Rohstoffe ist relativ hoch und die Reaktionsbedingungen sind relativ strenger.

Drei,

Zusammenfassen

Mit der Entwicklung von Hochleistungsbatterien hin zu hoher Energiedichte und hoher Spannung nimmt Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid aufgrund seiner guten thermischen und elektrochemischen Stabilität einen wichtigen Platz unter den Lithiumsalzen ein. Auch inländische Unternehmen intensivieren ihre Forschung und Entwicklung in diesem Bereich. Durch die zunehmende Integration der industriellen Wertschöpfungskette und den kontinuierlichen technologischen Fortschritt wird Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid seine führende Position bei neuen Lithiumbatterien weiter festigen und einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung der neuen Energiewirtschaft in China leisten.

Wir sind überzeugt, dass Jiayuan eine günstige Position auf dem Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid-Markt einnehmen und eine nachhaltige Entwicklung erreichen wird, indem die Produktleistung und -qualität kontinuierlich verbessert, die Produktionskapazität ausgebaut, die Integration und Zusammenarbeit in der industriellen Wertschöpfungskette gestärkt und der Markt aktiv erweitert wird.