鋰離子電池電解液添加劑的分類(lèi)
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-05-06 10:22
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鋰離子電池電解液添加劑分類(lèi)
1.成膜添加劑
優(yōu)良的SEI膜具有有機(jī)溶劑不容性，允許鋰離子自由的進(jìn)出電極而溶劑分子無(wú)法穿越，從而阻止溶劑分子共插對(duì)電極的破壞，提高電池的循環(huán)效率和可逆容量等性能。其主要分為無(wú)機(jī)成膜添加劑和有機(jī)成膜添加劑等，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。
2.導(dǎo)電添加劑
對(duì)提高鋰電池電解液導(dǎo)電能力的添加劑的研究主要著眼于提高導(dǎo)電鋰鹽的溶解和電離以及防止溶劑共插對(duì)電極的破壞。其按作用類(lèi)型可分為與陽(yáng)離子作用型、與陰離子作用型及與電解質(zhì)離子作用型。
3.阻燃添加劑
作為商業(yè)化應(yīng)用，鋰離子電池的安全問(wèn)題依然是制約其應(yīng)用發(fā)展的重要因素。鋰離子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(jī)易燃物，若使用不當(dāng)，電池會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)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(gè)重要方法。在電池中添加一些高沸點(diǎn)、高閃點(diǎn)和不易燃的溶劑可改善電池的安全性。
4.過(guò)充保護(hù)添加劑
對(duì)于采用氧化還原對(duì)進(jìn)行內(nèi)部保護(hù)的方法人們進(jìn)行了廣泛的研究，這種方法的原理是通過(guò)在電解液中添加合適的氧化還原對(duì)，在正常充電時(shí)這個(gè)氧化還原對(duì)不參加任何化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，而當(dāng)電池充滿電或略高于該值時(shí)，添加劑開(kāi)始在正極上氧化，然后擴(kuò)散到負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)，如下式所示。
最佳的過(guò)充電保護(hù)添加劑應(yīng)該具有4.2~4.3V的截止電壓，從而滿足鋰離子電池大于4V電壓的要求，總的來(lái)說(shuō)，這一部分的研究工作還有待進(jìn)一步研究。
5.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(shù)中必須具備的。N，N一二甲基三氟乙酰胺的黏度低、沸點(diǎn)和閃點(diǎn)高，在石墨表面有較好的成膜能力，對(duì)正極也有較好的氧化穩(wěn)定性，組裝的電池在低溫下具有優(yōu)良的循環(huán)性能。有機(jī)硼化物、含氟碳酸酯也有利于鋰電池低溫性能的提高。
6.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(duì)提高鋰離子電池的整體電化學(xué)性能具有突出作用。正在成為未來(lái)添加劑研究和開(kāi)發(fā)的主攻方向。
含硼添加劑
含硼化合物經(jīng)常作為添加劑應(yīng)用到不同正極材料的鋰離子電池中，在電池循環(huán)過(guò)程中，很多含硼化合物會(huì)在正極表面形成保護(hù)膜，來(lái)穩(wěn)定電極/電解液之間的界面，從而提高鋰電池性能。
有機(jī)磷添加劑
除了亞磷酸酯類(lèi)添加劑，目前所用的有機(jī)磷類(lèi)添加劑還包括磷酸酯類(lèi)化合物。XIA等將三烯丙基磷酸酯(TAP)添加劑應(yīng)用到Li[Ni0.42Mn0.42Co0.16]O2(NMC442)石墨全電池中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)有TAP存在時(shí)會(huì)顯著提高庫(kù)侖效率，長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)后，仍然具有很高的容量保持。
碳酸酯類(lèi)添加劑
含氟皖基(PFA)化合物具有很高的電化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)具備疏水性與疏油性的特性，當(dāng)PFA添加到有機(jī)溶劑中，疏溶劑的PFA會(huì)凝聚到一起形成膠團(tuán)。鋰電池在長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)過(guò)程中性能明顯提高，這主要是因?yàn)樘砑觿┰谘h(huán)過(guò)程中形成了雙層的鈍化膜，同時(shí)減少電極表面的降解與電解液的氧化分解。
解液由電解質(zhì)鋰鹽、高純度的有機(jī)溶劑和必要的添加劑等原料組成，對(duì)電池的比容量、工作溫度范圍、循環(huán)效率和安全性能等至關(guān)重要。
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