鋰離子電池電解液成份

1、一、 鋰離子電池電解液概況     電解液是鋰離子電池四大關鍵材料（正極、負極、隔膜、電解液）之一，號稱鋰離子電池的“血液”，在電池中正負極之間起到傳導電子的作用，是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點的保證。電解液一般由高純度的有機溶劑、電解質(zhì)鋰鹽（六氟磷酸鋰，LiFL6）、必要的添加劑等原料，在肯定條件下，按肯定比例配制而成的。表1：電解液材料組成溶劑碳酸丙烯酯 PC Propylene Carbonate碳酸乙烯酯 EC Ethylene Carbonate碳酸二甲酯 DEC Dimethyl Carbonate甲酯 Propiolic Acid1,4 丁丙酯

2、 GBL - Butyrolactone溶質(zhì)LiPF6 主要LiBF4LiClO4LiAsF6LiCF3SO3    二、鋰離子電池電解液種類    1、液體電解液    電解質(zhì)的選用對鋰離子電池的性能影響格外大，它必需是化學穩(wěn)定性能好尤其是在較高的電位下和較高溫度環(huán)境中不易發(fā)生分解，具有較高的離子導電率(> 10- 3 sö cm ) ，而且對陰陽極材料必需是惰性的、不能侵腐它們。由于鋰離子電池充放電電位較高而且陽極材料嵌有化學活性較大的鋰，所以電解質(zhì)必需接受有機化合物而不能含有水。但有

3、機物離子導電率都不好，所以要在有機溶劑中加入可溶解的導電鹽以提高離子導電率。目前鋰離子電池主要是用液態(tài)電解質(zhì)，其溶劑為無水有機物如EC(ethyl carbonate) 、PC (p ropylenecarbonate)、DMC(dim ethyl carbonate)、DEC (diethyl carbonate)，多數(shù)接受混合溶劑，如EC2DMC 和PC2DMC 等。導電鹽有L iClO 4、L iPF6、L iBF6、L iA sF6 和L iO SO 2CF3,它們導電率大小依次為L iA sF6> L iPF6> L iClO 4>L iBF6> L iO S

4、O 2CF3。L iClO4因具有較高的氧化性簡潔消滅爆炸等平安性問題，一般只局限于試驗爭辯中；L iAsF6離子導電率較高易純化且穩(wěn)定性較好，但含有有毒的A s，使用受到限制；L iBF6化學及熱穩(wěn)定性不好且導電率不高，LiO SO2CF3導電率差且對電極有腐蝕作用，較少使用；雖然LiPF6會發(fā)生分解反應，但具有較高的離子導電率，因此目前鋰離子電池基本上是使用L iPF6。目前商用鋰離子電池所用的電解液大部分接受L iPF6 的EC2DMC，它具有較高的離子導電率與較好的電化學穩(wěn)定性。    2、固體電解液    用金屬鋰直接用作陽

5、極材料具有很高的可逆容量，其理論容量高達3862mAh·g-1，是石墨材料的十幾倍，價格也較低，被看作新一代鋰離子電池最有吸引力的陽極材料，但會產(chǎn)生枝晶鋰。接受固體電解質(zhì)作為離子的傳導可抑制枝晶鋰的生長，使得金屬鋰用作陽極材料成為可能。此外使用固體電解質(zhì)可避開液態(tài)電解液漏液的缺點，還可把電池做成更薄(厚度僅為0.1mm )、能量密度更高、體積更小的高能電池。破壞性試驗表明固態(tài)鋰離子電池使用平安性能很高，經(jīng)釘穿、加熱( 200)、短路和過充(600%) 等破壞性試驗，液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池會發(fā)生漏液、爆炸等平安性問題，而固態(tài)電池除內(nèi)溫略有上升外(<20)并無任何其它平安性問題消滅。

6、固體聚合物電解質(zhì)具有良好的柔韌性、成膜性、穩(wěn)定性、成本低等特點，既可作為正負電極間隔膜用又可作為傳遞離子的電解質(zhì)用。    固體聚合物電解質(zhì)一般可分為干形固體聚合物電解質(zhì)(SPE)和凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)。SPE 固體聚合物電解質(zhì)主要還是基于聚氧化乙烯(PEO)，其缺點是離子導電率較低，在100下只能達到10-40cm。在SPE 中離子傳導主要是發(fā)生在無定形區(qū)，借助聚合物鏈的移動進行傳遞遷移。PEO簡潔結(jié)晶是由于其分子鏈的高規(guī)整性，而晶形化會降低離子導電率。因此要想提高離子導電率一方面可通過降低聚合物的結(jié)晶度，提高鏈的可移動性，另一方面可通過提高導電鹽在聚合物

7、中的溶解度。利用接枝、嵌段、交聯(lián)、共聚等手段來破壞高聚物的結(jié)晶性能，可明顯地提高其離子導電率。此外加入無機復合鹽也能提高離子導電率。在固體聚合物電解質(zhì)中加入高介電常數(shù)低相對分子質(zhì)量的液態(tài)有機溶劑如PC 則可大大提高導電鹽的溶解度，所構成的電解質(zhì)即為GPE 凝膠聚合物電解質(zhì)，它在室溫下具有很高的離子導電率，但在使用過程中會發(fā)生析液而失效。凝膠聚合物鋰離子電池已經(jīng)商品化。    三、電解液材料將來進展趨勢    鋰離子電池憑借其自身的綜合優(yōu)勢正在走進一個更為浩大的產(chǎn)業(yè)群汽車動力電池領域。為了適應這個浩大的產(chǎn)業(yè)群，鋰離子電池電解液材料將來的

8、進展趨勢將主要集中在新型溶劑、離子液體、添加劑、新型鋰鹽等方面，與新型正、負極材料相匹配，從而使鋰離子電池更平安，具有更高的功率、更大的容量，最終平安便利地應用于電動車、儲能、航天以及更廣泛的領域。    為了滿足鋰離子電池產(chǎn)業(yè)將來進展的需要，必需開發(fā)出高平安性、高環(huán)境適應性的動力電池電解液材料。主要應從電解液的溶劑、溶質(zhì)和添加劑的選擇上進行考量：    (1)盡量選擇工作溫度范圍寬的溶劑，溶劑的熔點最好能在-40以下，沸點最好在150以上或更高，電化學窗口寬的溶劑能更好地防止在荷電狀態(tài)下的電解液的氧化還原反應，同時可以提高電池的循環(huán)

9、穩(wěn)定性。比如可以考慮使用離子液體、新型溶劑、多組分溶劑等，從而解決動力電池的平安性和環(huán)境適應性。    (2)選擇合適的溶質(zhì)，提高電池的環(huán)境適應性。目前通常所用的LiPF6（鋰六氟磷酸鹽）分解溫度低，從60開頭就有少量分解，在較高溫度或惡劣的環(huán)境下，分解的比例大大增加，產(chǎn)生HF（氫氟酸）等游離酸，從而使電解液酸化，最終導致電極材料的損壞以及電池性能的急劇惡化。    (3)可以考慮添加適量的阻燃添加劑、氧化還原穿梭添加劑、愛護正負極成膜添加劑等。接受阻燃添加劑可以確保電池內(nèi)部熱失控時，電解液不會燃燒起火，使電池平安性得以保證。接受氧化還原穿梭添加劑的作用是，防止當電池尤其是動力電池組由于在使用過程中消滅特別的狀況，