鋰離子電池中電解液的組成

1、電解液的組成電解液的基本功能：在正極和負(fù)極之間傳遞鋰離子，但是對電子絕緣，保證電池的充放電能夠順利進(jìn)行。理想的電解液要求：1）對鋰離子來說是優(yōu)良的導(dǎo)體，對電子來說是絕緣體；2）在電極表面除了發(fā)生鋰離子的遷移之外，不發(fā)生其他副反應(yīng)；3）不與其他電池組件發(fā)生反應(yīng)；4）化學(xué)穩(wěn)定性好；安全、環(huán)保；電解液的組成：鋰離子電池電解液的組成主要包括有機溶劑、鋰鹽、添加劑。2、有機溶劑理想溶劑的特點：介電常數(shù)高且黏度低；對鋰鹽有足夠高的溶解度，保證高的電導(dǎo)率；沸點高且熔點低；化學(xué)穩(wěn)定性好；電化學(xué)穩(wěn)定性好；安全性和環(huán)境相容性；成本低；

電解液中用的有機溶劑主要有以下幾類：碳酸酯類、酸酸酯類、醚類有機溶劑、含硫有機溶劑。

2.1常用碳酸酯類溶劑，如下表：

碳酸酯類溶劑按結(jié)構(gòu)可分為環(huán)狀碳酸酯類和鏈狀碳酸酯類。環(huán)狀碳酸酯類的溶劑具有極高的介電常數(shù)，但是黏度也較大；鏈狀碳酸酯的介電常數(shù)低，但是黏度也低。

碳酸酯類溶劑的特點：碳酸酯類溶劑具有極高的介電常數(shù)；電化學(xué)穩(wěn)定性好，氧化電位高；與石墨負(fù)電極相容性好，尤其是EC能夠在石墨電極表面形成良好的SEI膜；環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯混合使用能滿足鋰電池工作溫度、電導(dǎo)率等多方面的要求；綠色環(huán)保、低成本；

2.2新型溶劑——羧酸酯：

2.3新型溶劑——亞硫酸酯：3、鋰鹽理想的鋰鹽：易溶于有機溶劑且溶液的電導(dǎo)率高；陰離子具有較高的氧化和還原穩(wěn)定性；化學(xué)穩(wěn)定性好；電化學(xué)穩(wěn)定性好；安全性好、環(huán)境友好；成本低；鋰鹽根據(jù)陰離子的不同，可分為無機鋰鹽和有機鋰鹽；3.1常見的無機鋰鹽，如下表

3.2常見的有機鋰鹽，如下表平均離子遷移率：LiBF4

>LiClO4

>

LiPF6

>LiAsF6

>LiTf>LiImide解離常數(shù)：LiTf<LiBF4

<LiClO4

<

LiPF6

<

LiAsF6

<LiImideLiPF6的電導(dǎo)率較高；

3.3鋰鹽的優(yōu)缺點LiPF6的優(yōu)點：電導(dǎo)率高；電化學(xué)穩(wěn)定性好；有效鈍化鋁箔；與石墨負(fù)極相容性好；成本較低。由于PF6-的締合能力較弱，形成的LiPF6電解液的電導(dǎo)率較高，高于其他無機鋰鹽。此外它的電化學(xué)穩(wěn)定性強，陰極的穩(wěn)定電壓有5.1V，遠(yuǎn)高于鋰離子電池要求的4.2V，且不腐蝕鋁集流體，綜合性能優(yōu)于其他鋰鹽。其他鋰鹽的缺點：4、添加劑添加劑的功能：在高純度溶劑和溶質(zhì)組成的電解液中，添加少量的具有特定功能的添加劑，從而顯著提高電解液在某方面的性能。添加劑的基本要求：溶于有機電解液；用量小、效果顯著；對電池性能沒有沒有明顯的副作用，不與電池的其它部件發(fā)生副反應(yīng)；價格相對較低；沒有毒性或毒性較小。添加劑按功能分類：SEI成膜添加劑；防過充添加劑；阻燃添加劑；電解液穩(wěn)定劑；其他添加劑。4.1成膜添加劑功能：能夠優(yōu)先于溶劑分子在負(fù)極表面被還原成SEI膜，阻止溶劑分子進(jìn)一步分解。常見的負(fù)極成膜添加劑：其中，VC是最具代表性的負(fù)極成膜添加劑。

4.2防過充添加劑功能：在電池過充電時通過一定的方式阻斷電流，從而提高電池的安全性。（1）電聚合添加劑，過充電時，添加劑在正極表面氧化聚合，或者產(chǎn)生大量氣體，使得CID動作，切斷電流，或者氧化產(chǎn)物覆蓋在正極表面，導(dǎo)致電阻增加，電流下降，從而實現(xiàn)安全保護(hù)。

（2）氧化還原穿梭添加劑在電解液中添加合適的氧化還原對，當(dāng)充電電壓超過電池的正常充放電電壓時，添加劑在正極上氧化，氧化產(chǎn)物擴散到負(fù)極被還原，還原產(chǎn)物再擴散到正極被氧化，整個過程循環(huán)進(jìn)行，直到電池的過充電結(jié)束。

4.3阻燃添加劑鋰離子電池由于采用可燃有機溶劑，電池在濫用的情況下有可能會爆炸燃燒。在電解液中加入阻燃添加劑可使易燃有機電解液變成難燃或不可燃的電解液，降低電池放熱值和電池自熱率，增加電解液自身的穩(wěn)定性。目前用作電解液中的阻燃添加劑大多為有機磷化合物、有機鹵化物、磷-鹵或磷-氮復(fù)合有機化合物。

4.4電解液穩(wěn)定劑LiPF6的熱穩(wěn)定性差，分解產(chǎn)生的PF5是個很強的路易斯酸，能與溶劑分子中的氧原子的孤對電子作用，從而使溶劑分子發(fā)生分解反應(yīng)，甚至破壞SEI