鋰離子電池電解液課件

鋰離子電池電解液介紹技術(shù)部：崔明2008.04.21主要內(nèi)容1.主要組分

2.溶劑體系

3.電解液鋰鹽

4.添加劑組分

電解液常用主要組分1.溶劑：環(huán)狀碳酸酯（PC、EC）；鏈狀碳酸酯（DEC、DMC、EMC）；羧酸酯類（MF、MA、EA、MA、MP等）；2.鋰鹽：LiPF6、LiClO4、LiBF4、、LiAsF6等；3.添加劑：成膜添加劑、導(dǎo)電添加劑、阻燃添加劑、過充保護添加劑、控制電解液中H2O和HF含量的添加劑、改善低溫性能的添加劑、多功能添加劑.主要溶劑組分充電過程中的反應(yīng)羧酸酯類溶劑優(yōu)點：MA和EA作為低溫電解液能夠使SEI膜致密，MP和EP作為碳酸酯類混合溶劑，顯示出一定優(yōu)越性，MF易于純化，具有較高的介電常數(shù)，用它配制的電解液具有很高的電導(dǎo)率并且能在非常低溫度下工作，電化學穩(wěn)定范圍較寬（＞4.5V）；缺點：由于極性強和對Li有較強的活性，導(dǎo)致鋰電極的循環(huán)效率較差，同時增加了界面電阻。幾種常用鋰鹽的簡單性能對比LiBF4：低溫性能比較好，但是價格昂貴和溶解度比較低；LiPF6：綜合性能比較好，缺點是易吸水水解；LiAsF6：綜合性能比較好，但是毒性太大；LiClO4：綜合性能比較好，但是強氧化性導(dǎo)致安全性不高；LiBOB：高溫性能比較好，尤其能擬制溶劑對負極的插入破壞，但是溶解度太低。電解質(zhì)鋰鹽在充電過程中的反應(yīng)電解液添加劑主要分類1.成膜添加劑；2.導(dǎo)電添加劑；3.阻燃添加劑；4.過充保護添加劑；5.控制電解液中H2O和HF含量的添加劑；6.改善低溫性能的添加劑；7.多功能添加劑。1.成膜添加劑優(yōu)良的SEI膜具有有機溶劑不容性，允許鋰離子自由的進出電極而溶劑分子無法穿越，從而阻止溶劑分子共插對電極的破壞，提高電池的循環(huán)效率和可逆容量等性能。主要分無機成膜添加劑（SO2、CO2、CO等小分子以及鹵化鋰等）和有機成膜添加劑（氟代、氯代和臭代碳酸酯等，借助鹵素原子的吸電子效應(yīng)提高中心原子的得電力能力，使添加劑在較高的電位條件下還原并有效鈍化電極表面，形成穩(wěn)定的SEI膜。）另有Sony公司專利報道，在鋰離子電池非水電解液中加入微量苯甲醚或其鹵代衍生物，能改善電池的循環(huán)性能，減少電池的不可逆容量損失。3.阻燃添加劑作為商業(yè)化應(yīng)用，鋰離子蓄電池的安全問題依然是制約其應(yīng)用發(fā)展的重要因素。鋰離子蓄電池自身存在著許多安全隱患，如充電電壓高，而且電解質(zhì)多為有機易燃物，若使用不當，電池會發(fā)生危險甚至爆炸。因此，改善電解液的穩(wěn)定性是改善鋰離子電池安全性的一個重要方法。在電池中添加一些高沸點、高閃點和不易燃的溶劑可改善電池的安全性。主要分為(1)有機磷化物

(2)有機氟代化合物(3)鹵代烷基磷酸酯

4.過充保護添加劑對于采用氧化還原對進行內(nèi)部保護的方法人們進行了廣泛的研究，這種方法的原理是通過在電解液中添加合適的氧化還原對，在正常充電時這個氧化還原對不參加任何化學或電化學反應(yīng)，而當電池充滿電或略高于該值時，添加劑開始在正極上氧化，然后擴散到負極發(fā)生還原反應(yīng)，如下式所示。

正極：R→O+ne-

負極：O+ne-→R

最佳的過充電保護添加劑應(yīng)該具有4.2-4.3V的截止電壓，從而滿足鋰離子蓄電池大于4V電壓的要求，總的來說，這一部分的研究工作還有待進一步研究。

5控制電解液中水和HF含量的添加劑

有機電解液中存在的痕量水和HF對性能優(yōu)良的SEI膜的形成是有一定作用的，這些都可以從EC、PC等溶劑在電極界面的反應(yīng)中看出。但水和酸(HF)的含量過高，不僅會導(dǎo)致LiPF6的分解，而且會破壞SEI膜。當A12O3、MgO、BaO和鋰或鈣的碳酸鹽等作為添加劑加入到電解液中，它們將與電解液中微量的HF發(fā)生反應(yīng)，降低HF的含量，阻止其對電極的破壞和對LiPF6分解的催化作用，提高電解液的穩(wěn)定性，從而改善電池性能。但這些物質(zhì)去除HF的速度較慢，因此很難做到阻止HF對電池性能的破壞。而一些酸酐類化合物雖然能較快地去除HF，但會同時產(chǎn)生破壞電池性能的其它酸性物質(zhì)。烷烴二亞胺類化合物能通過分子中的氫原子與水分子形成較弱的氫鍵，從而阻止水與LiPF6，反應(yīng)產(chǎn)生HF。7.多功能型添加劑多功能添加劑是鋰離子電池的理想添加劑，它們可以從多方面改善電解液的性能，對提高鋰離子電池的整體電化學性能具有突出作用。正在成為未來添加劑研究和開發(fā)的主攻方向。

實際上，現(xiàn)有的某些添加劑本身就多功能添加劑。例如，12-冠-4加入PC溶劑后。在提高Li+的自身導(dǎo)電性的同時，利用冠狀配體在電極表面的親電作用使得Li+在電極界面與溶劑分子反應(yīng)的可能性大大降低，冠醚對Li+的優(yōu)失溶劑化作用抑制了PC分子共插，電極界面SEI膜得到優(yōu)化，減少了電極首次不可逆容量損失。此外，氟化有機溶劑、鹵代磷酸酯如BTE和TTFP加入電解液后，不僅有助于形成優(yōu)良的SEI膜，同時對電解液具有一定的甚至明顯的阻燃作用。改善了電池多方面性能。鋰離子電池電解液添加劑作用溶劑體系鋰鹽性能水分酸度控制與電極材料兼容性電解液性能結(jié)論

鋰離子電池的整體性能，不僅取決于電極材料，而且也取決于相關(guān)材料。隨著近年來鋰離子電池工業(yè)的迅速發(fā)展，新型添加劑的研究與開發(fā)已經(jīng)成為鋰離子電池研究中一個活躍的領(lǐng)域，并在國內(nèi)外取得了進展。其研究目標是使電解液體系的選擇性大大增加，從而進一步提高電池的整體電化學性能。電解液制作過程