生產(chǎn)鋰電池主要用到哪些原材料？鋰離子電池電解液有哪些添加劑
來源：寶鄂實業(yè)
2020-05-16 17:03
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鋰電池材料構(gòu)成主要有：正極材料、負極材料、隔膜、電解液。
鋰離子電池電解液有哪些添加劑
1、含硼添加劑
1.在正極材料當中，最常用的材料有鈷酸鋰，錳酸鋰，磷酸鐵鋰和三元鋰電池材料(鎳鈷錳的聚合物)。正極材料占有較大比例（正負極材料的質(zhì)量比為3: 1~4：1）,因為正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。
2.在負極材料當中，目前負極材料主要以天然石墨和人造石墨為主。正在探索的負極材料有氮化物、PAS、錫基氧化物、錫合金、納米負極材料，以及其他的一些金屬間化合物等。負極材料作為鋰電池四大組成材料之一,鋰電池廠家在提高電池的容量以及循環(huán)性能方面起到了重要作用,處于鋰電池產(chǎn)業(yè)中游的核心環(huán)節(jié)。
3.市場化的隔膜材料主要是以聚乙烯（polyethylene，PE）、聚丙烯（polypropylene，PP）為主的聚烯烴（Polyolefin）類隔膜。鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。
4.電解液一般由高純度的有機溶劑、電解質(zhì)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。電解液在鋰電池正、負極之間起到傳導(dǎo)離子的作用，是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點的保證。
鋰離子電池電解液有哪些添加劑
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，從而提高電池性能?？紤]到含硼化合物的這一獨特性能，眾多學(xué)者開始嘗試將其應(yīng)用到高壓鋰離子電池中，來增強正極界面穩(wěn)定性。
2、有機磷添加劑
根據(jù)前線軌道能量與電化學(xué)穩(wěn)定性的關(guān)系：分子的HOMO越高，軌道中的電子越不穩(wěn)定，氧化性越好：分子的LUMO越低，越容易得電子，還原性越好。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。XPS結(jié)果表明，在循環(huán)過程中，烯丙基可能會發(fā)生交聯(lián)電聚合反應(yīng)，得到的產(chǎn)物覆蓋到電極表面，形成均勻的SEI膜。
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PFA添加到有機溶劑中，疏溶劑的PFA會凝聚到一起形成膠團。由于PFA的這一特性，ZHU等嘗試將全氟烴基(下圖中TEM-EC、PFB-EC、PFH-EC、PFO-EC)取代的碳酸亞乙酯添加到高壓鋰離子電池電解液中，對于Li1.2Ni0.15Mn0.55Co0.1O2石墨電池，當加入0.5%(質(zhì)量分數(shù))的PFO-EC后，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。
4、含硫添加劑
近年來，將有機磺酸酯作為添加劑應(yīng)用到鋰離子電池中的報道很多。PIRES將1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)加入到高壓鋰離子電池電解液中，有效抑制了電極表面副反應(yīng)的發(fā)生以及金屬離子的溶解。ZHENG等用二甲磺酰甲烷(DMSM)作為高壓LiNil/3Col/3Mn1/3O2石墨電池電解液添加劑，XPS、SEM以及TEM分析結(jié)果表明，MMDS的存在對正極SEI膜具有很好的修飾作用，即使在高壓下也能顯著降低電極/電解液界面阻抗，提高正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，HUANG等分別研究了三氟甲基苯硫醚(PTS)添加劑在高壓鋰離子電池室溫及高溫下的循環(huán)性能。理論計算數(shù)據(jù)與實驗結(jié)果分析得出，在循環(huán)過程中PTS比溶劑分子優(yōu)先被氧化，形成的SEI膜提高了電池在高電壓下的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，一些噻吩及其衍生物也被考慮作為高壓鋰離子電池添加劑使用，當加入這些添加劑后，會在正極表面形成聚合物膜，避免了電解液在高壓下的氧化分解。
5、離子液體添加劑
離子液體是一種低溫熔融鹽，因其具備蒸汽壓低、電導(dǎo)率高、不易燃、熱穩(wěn)定及電化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用到鋰離子電池中。
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