鋰電池電解液配方和鋰離子電解液添加劑介紹
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-24 07:28
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鋰電池電解液包括三大塊—有機溶劑、鋰鹽、添加劑，目前我國溶劑的生產(chǎn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足現(xiàn)有電池的需求，但是隨著鋰電池能量密度、安全密度、一致性的提高，容量還有待進一步開發(fā)。
鋰電池逐漸取代鎳氫鎳鎘等電池，在移動電源領(lǐng)域迅速普及，這是因為磷酸鐵鋰電池因成本低、高穩(wěn)定性，但由于磷酸鐵鋰的本征電導(dǎo)率低和鋰離子在固相擴散系數(shù)低，在低溫運行時性能較差，因此改善磷酸鐵鋰電池低溫性能的方法除了和正負(fù)極材料有關(guān)外，還有一個重要的方向—電解液。
鋰電池電解液是電池中離子傳輸?shù)妮d體，主要是由高純度的有機類溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、必要的添加劑等原料組成的，電解液在鋰電池正、負(fù)極之間起到傳導(dǎo)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。
鋰電池電解液常見的成分有碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、六氟磷酸鋰、五氟化磷、氫氟酸等，其中高氯酸鋰制成的電池低溫效果不好，有爆炸的危險，日本和美國已禁止使用。而用含氟鋰鹽制成的電池性能好，無爆炸危險，適用性強，廢棄電池的處理工作相對簡單，對生態(tài)環(huán)境友好等特點。
鋰電池電解液配方
1、將碳酸乙烯酯用氯氣氯化合成了氯代碳酸乙烯酯，然后用三乙胺做縛酸劑脫去氯化氫，制得碳酸亞乙烯酯。氯化反應(yīng)在無溶劑條件下進行，消去反應(yīng)以常用作電解液溶劑的碳酸二甲酯為溶劑，可以防止溶劑的殘留造成對添加劑的不良影響，同時選擇2，3，4-三叔丁基苯酚做阻聚劑，兩步反應(yīng)收率75.0％，比文獻(xiàn)值高。
2、用無水KF與氯代碳酸乙烯酯反應(yīng)制備氟代碳酸乙烯酯，安全成本降低，生產(chǎn)工藝易于控制，以PEG．800為催化劑，單步收率82.5％。
3、將1，3-丙烷磺內(nèi)酯用氯氣氯化合成了2-氯-1，3-丙烷磺內(nèi)脂，然后用三乙胺做縛酸劑脫去氯化氫，制得1，3-丙烷磺內(nèi)酯，與文獻(xiàn)相比，反應(yīng)路線大大縮短，兩步反應(yīng)收率72.7％。
鋰離子電池電解液添加劑
1、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)過程中，很多含硼化合物會在正極表面形成保護膜，來穩(wěn)定電極/電解液之間的界面，從而提高鋰電池性能。
2、有機磷添加劑
除了亞磷酸酯類添加劑，目前所用的有機磷類添加劑還包括磷酸酯類化合物。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存在時會顯著提高庫侖效率，長時間循環(huán)后，仍然具有很高的容量保持。
3、碳酸酯類添加劑
含氟皖基(PFA)化合物具有很高的電化學(xué)穩(wěn)定性，同時具備疏水性與疏油性的特性，當(dāng)PFA添加到有機溶劑中，疏溶劑的PFA會凝聚到一起形成膠團。鋰電池在長時間循環(huán)過程中性能明顯提高，這主要是因為添加劑在循環(huán)過程中形成了雙層的鈍化膜，同時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、高純度的有機溶劑和必要的添加劑等原料組成，對電池的比容量、工作溫度范圍、循環(huán)效率和安全性能等至關(guān)重要。電解液占鋰電池成本為5-15%，產(chǎn)品毛利率在25-30%。電解質(zhì)鋰鹽主要是六氟磷酸鋰，占電解液的成本40%。從未來發(fā)展趨勢看，隨著國產(chǎn)六氟磷酸鋰產(chǎn)品品質(zhì)及一致性的提升，出口比例將大幅增加。
