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什么是鋰離子電池電解液?鋰離子電池電解液添加劑有什么?

鉅大LARGE  |  點擊量:192次  |  2021年03月01日  

摘要
什么是鋰電池電解液?鋰電池電解液是電池中離子傳輸的載體。一般由鋰鹽和有機溶劑組成。電解液在鋰電池正、負極之間起到傳導離子的作用,是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優點的保證。電解液一般由高純度的有機溶劑

什么是鋰離子電池電解液?鋰離子電池電解液是電池中離子傳輸的載體。一般由鋰鹽和有機溶劑組成。電解液在鋰離子電池正、負極之間起到傳導離子的用途,是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優點的保證。電解液一般由高純度的有機溶劑、電解質鋰鹽、必要的添加劑等原料,在一定條件下、按一定比例配制而成的。電解液是化學電池、電解電容等使用的介質(有一定的腐蝕性),為他們的正常工作供應離子,并保證工作中發生的化學反應是可逆的。電解液由專用硫酸和蒸餾水按一定比例配制而成,密度一般是1.24-1.30克每立方厘米。電解液不是電解質溶液的簡稱,而比它的涵蓋面更廣,包括電解質的水溶液與熔化狀態的電解質。

鋰離子電池電解液添加劑有什么?


電解液添加劑重要有成膜添加劑;導電添加劑;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。


1、成膜添加劑


優良的SEI膜具有有機溶劑不容性,允許鋰離子電池的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,提高電池的循環效率和可逆容量等性能。重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,能改善電池的循環性能,減少電池的不可逆容量損失。


2、導電添加劑


對提高電解液導電能力的添加劑的研究重要著眼于提高導電鋰鹽的溶解和電離以及防止溶劑共插對電極的破壞。


按其用途類型可分為與陽離子用途型(重要包括些胺類和分子中含有兩個氮原子以上的芳香雜環化合物以及冠醚和穴狀化合物)、與陰離子用途型(陰離子配體重要是一些陰離子受體化合物,如硼基化合物)及與電解質離子用途型(中性配體化合物重要是一些富電子基團鍵合缺電子原子N或B形成的化合物,如氮雜醚類和烷基硼類)。


3、阻燃添加劑


作為商業化應用,鋰離子蓄電池的安全問題依然是制約其應用發展的重要因素。鋰離子蓄電池自身存在著許多安全隱患,如充電電壓高,而且電解質多為有機易燃物,若使用不當,電池會發生危險甚至爆炸。因此,改善電解液的穩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。


重要分為(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


關于采用氧化還原對進行內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,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,然后擴散到負極發生還原反應,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對性能優良的SEI膜的形成是有一定用途的,這些都可以從EC、PC等溶劑在電極界面的反應中看出。但水和酸(HF)的含量過高,不僅會導致LiPF6的分解,而且會破壞SEI膜。當A1203、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發生反應,降低HF的含量,阻止其對電極的破壞和對LiPF6分解的催化用途,提高電解液的穩定性,從而改善電池性能。但這些物質去除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,但會同時出現破壞電池性能的其它酸性物質。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,反應出現HF。


6、改善低溫性能的添加劑


低溫性能為拓寬鋰離子電池使用范圍的重要因素之一,也是目前航天技術中必須具備的。N,N一二甲基三氟乙酰胺的黏度低(1.09mPa-S,25癈)、沸點(135癈)和閃點(72癈)高,在石墨表面有較好的成膜能力,對正極也有較好的氧化穩定性,組裝的電池在低溫下具有優良的循環性能。有機硼化物、含氟碳酸酯也有利干電池低溫性能的提高。


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用途。正在成為未來添加劑研究和開發的主攻方向。


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