通过调节金属茂合物的氧化电位使其应用于不同阴极材料的锂电池

金属茂化合物通常是以Fe或Co金属离子为中心，两个环戊二烯基为配体，通过中心原子的价态变化实现可逆氧化-还原反应，氧化电位一方面取决于中心原子的种类和性质，同时还要受到配位环取代基的影响，因此，使用不同的取代基可调节其氧化电位，从而使金属茂合物应用于不同阴极材料的锂电池或锂离子电池。因为二茂铁及其衍生物在大部分有机极性非质子溶剂中溶解性和稳定性较好，容易制备，价格便宜，电极反应也相对温和，适合用作锂离子电池的限压添加剂。AbrahamD02』在山／TiS2电池的LiAsF6／THF或LiAsFs／2Me-THF电解液中添加少量丁基二茂铁后，发现电池的电压可以稳定在3．25V，这一电压与该电池的充电截止电压(3．18—3．50V)非常一致，持续充电不会导致电极的结构破坏和电池能量损失，说明丁基二茂铁对电极材料和电解液性能没有影响。而没有添加剂加入时，电池则可以充电到5．0V，直至THF溶剂的氧化分解，并最终导致电池性能的根本性破坏。不仅如此，在容量不匹配的电池组中，二茂铁添加剂的加入还可以避免低容量电池的过充，且不影响其它高容量电池继续充电。充电结束后，所有电池都能达到满充状态，而且在连续的充放电实验中显示出优良的循环特性Ll“j。如果在这种电池组中不使用限压添加剂，持续充电会严重破坏低容量电池，甚至引发电池组的燃烧或爆炸。虽然如此，二茂铁的使用也会给电池造成显著的负面影响，它们会吸附在阴极材料表面，阻塞锂离子通过，并影响到电池的嵌、脱锂性能，即使电解液中二茂铁的浓度低于0．3mol／L，阴极材料表面的93％也会被覆盖，导致电极的倍率充放电性能不佳和电池可逆容量的降低。