(3)在很寬的溫度范圍內(nèi)保持液態(tài)，一般溫度范圍為-40℃～70℃，適用于改善電池的高低溫特性；

 

　　(4)能最佳程度促進(jìn)電極可逆反應(yīng)的進(jìn)行，即具有較高的循環(huán)效率；

 

　　(5)環(huán)境友好，最好無(wú)毒或者低毒性。

 

　　常見(jiàn)溶劑的物理性能如上表所示，根據(jù)電解液的選擇原則以及所在的體系中選擇合適的溶劑，基本的溶劑有環(huán)狀、鏈狀以及羧酸酯系列。目前常用的鋰鹽為L(zhǎng)iPF6，對(duì)水分很敏感，一旦接觸水分就會(huì)發(fā)生反應(yīng)，造成產(chǎn)氣，電池鼓脹，循環(huán)衰減嚴(yán)重等問(wèn)題，20～60℃溫度范圍內(nèi)，在3種混合溶劑中LiPF6與水的反應(yīng)速率常數(shù)k大小為：EC+DMC＜EC+DEC＜EC+DEC+DMC（如表1）；LiPF6與水的反應(yīng)速率隨溫度升高而大大加快，40℃下的反應(yīng)速率常數(shù)是20℃時(shí)的3～4倍，60℃時(shí)增大到20℃時(shí)的8～12倍，所以在配置電解液的時(shí)候一定要控制環(huán)境的溫濕度，目前量產(chǎn)所使用的電解液一般控制水分含量低于20ppm。

 

　　一些常用的添加劑如上表所示，用較少的量達(dá)到改善某一方面的性能。

 

　　(1)成膜添加劑：VC應(yīng)用的比較廣泛，其主要機(jī)理為碳負(fù)極表面發(fā)生自由基聚合反應(yīng)，生成聚烷基碳酸鋰化合物，從而有效抑制溶劑分子的共嵌入反應(yīng)；PS、ES、DES、DMS等物質(zhì)，其主要機(jī)理為還原分解形成SEI膜的主要成分是無(wú)機(jī)鹽Li2S、Li2SO3或Li2SO4和有機(jī)鹽ROSO2Li，大大增強(qiáng)SEI膜的穩(wěn)定性；

 

　　(2)安全類添加劑：阻燃添加劑，降低電解液放熱值以及自熱率，主要是含P或F的有機(jī)化合物，如有機(jī)磷化物、有機(jī)氟化物、以及氟代烷基磷酸酯等。放過(guò)充添加劑，其主要機(jī)理為氧化還原梭反應(yīng)（二茂鐵）以及電聚合反應(yīng)（聯(lián)苯、環(huán)己基苯）；

 

　　(3)多功能添加劑：除水、導(dǎo)電、成膜等綜合作用，酰胺類添加劑，與水形成氫鍵，同時(shí)含有孤對(duì)電子，起到穩(wěn)定SEI膜的作用。

 

　　添加成膜添加劑石墨負(fù)極循環(huán)后性能對(duì)比，可以明顯的看出，再添加成膜添加劑后負(fù)極材料在循環(huán)過(guò)好表面光滑了許多，而沒(méi)有添加成膜添加劑的負(fù)極則粗糙不少，循環(huán)也衰減的較快。

 

　　再添加了阻燃添加劑后，明顯看出再添加一定量后電解液已經(jīng)不可燃了，給高能量密度的電池帶來(lái)一定的安全保障。隨著鎳含量以及充電上限電壓的提高，正極材料對(duì)電解液的要求也越來(lái)越高，高鎳材料在循環(huán)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生NiO，進(jìn)而吸水、產(chǎn)氣造成電池失效。

 

　　一些聚磷酸酯類可以顯著的改善高鎳材料的性能。

 

　　LiPO2F2可在正負(fù)極表面成膜，顯著改善高鎳以及高電壓材料的性能，現(xiàn)在已經(jīng)作為普遍的添加劑得到了廣泛的應(yīng)用。

 

　　隨著能量密度的提升，高電壓、高鎳正極材料，以及硅碳負(fù)極的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的功能性添加劑將會(huì)被使用。水系電解液鋰離子電池的發(fā)展最早可以追述到1994年，當(dāng)時(shí)Dahn等人提出了負(fù)極采用VO2，正極采用LiMn2O4的體系，理論上能量密度可達(dá)75Wh/kg，但是該體系水系鋰離子電池的循環(huán)性能較差，此后為了提升水系鋰離子電池的性能人們又對(duì)正負(fù)極材料、水系電解液等進(jìn)行了眾多的研究。近日上海復(fù)旦大學(xué)的Duan Bin（第一作者）和Yongyao Xia（通訊作者）等對(duì)水系鋰離子電池的發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的困難與挑戰(zhàn)進(jìn)行了全面的回顧。

正極材料的選擇

Mn基正極材料    

 

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，LiMn2O4材料仍然是最常用的水系鋰離子電池正極材料，其在6M LiNO3溶液中比容量可達(dá)100mAh/g左右，電壓平臺(tái)在1-1.1V，研究表明LiNO3的濃度也會(huì)對(duì)LMO材料的性能產(chǎn)生明顯的影響，在5M的濃度下LMO材料的循環(huán)性能最佳，循環(huán)600次容量保持率達(dá)到71.2%，為了進(jìn)一步提升LMO材料的循環(huán)性能Qu等人合成了多孔LiMn2O4材料，不僅大幅改善了倍率性能，還顯著提升了循環(huán)性能（10000次循環(huán)，容量保持率為93%）。

 

層狀結(jié)構(gòu)正極材料

 

層狀結(jié)構(gòu)正極材料是目前鋰離子電池最常用的正極材料，例如LCO、NCA和NCM等，作為傳統(tǒng)的正極材料，LCO也可用于水系鋰離子電池中，WangY等人研究表明在1M Li2SO4溶液中，LCO材料的循環(huán)穩(wěn)定性受到PH的影響很大，在PH小于9時(shí)LCO的電化學(xué)穩(wěn)定性受到很大的影響，這可能是由于在較低的PH下會(huì)導(dǎo)致H+嵌入LCO材料中導(dǎo)致的，同為層狀結(jié)構(gòu)的NCM111材料也存在類似的問(wèn)題，有研究顯示采用高濃度的水溶液（如LiNO3）也能夠抑制H+的嵌入問(wèn)題，從而提升LCO的循環(huán)性能。

 

聚陰離子化合物

 

傳統(tǒng)的橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料LFP不僅能夠用于傳統(tǒng)的有機(jī)電解液體系，也能夠用于水溶液電解液體系，但是LFP在LiOH溶液中的脫鋰反應(yīng)并不是完全可逆的，這主要是因?yàn)閴A性環(huán)境（或者含有溶解O2）會(huì)導(dǎo)致金屬離子沉淀，脫水后最終生成LFP與Fe3O4混合物，表面碳包覆是提升LFP在水溶液中穩(wěn)定性的有效方法。其他橄欖石結(jié)構(gòu)材料例如LiMnPO4和LiNiPO4也都有應(yīng)用于水系電解液中的報(bào)道。