關(guān)于鋰電池電解液詳細(xì)介紹
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-09-25 10:02
點(diǎn)擊量：次
鋰電池電解液主要由鋰鹽、溶劑和添加劑三類物質(zhì)組成。電解液基本構(gòu)成變化不大，創(chuàng)新主要體現(xiàn)在對(duì)新型鋰鹽和新型添加劑的開(kāi)發(fā)，以及鋰離子電池中涉及的界面化學(xué)過(guò)程及機(jī)理深入理解等方面。
鋰鹽
鋰鹽的種類眾多，但商業(yè)化鋰離子電池的鋰鹽卻很少。理想的鋰鹽需要具有如下性質(zhì)：
（1）有較小的締合度，易于溶解于有機(jī)溶劑，保證電解液高離子電導(dǎo)率；
（2）陰離子有抗氧化性及抗還原性，還原產(chǎn)物利于形成穩(wěn)定低阻抗SEI膜；
（3）化學(xué)穩(wěn)定性好，不與電極材料、電解液、隔膜等發(fā)生有害副反應(yīng)；
（4）制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，無(wú)毒無(wú)污染
不同種類的鋰鹽介紹
LiPF6
LiPF6是應(yīng)用最廣的鋰鹽。LiPF6的單一性質(zhì)并不是最突出，但在碳酸酯混合溶劑電解液中具有相對(duì)最優(yōu)的綜合性能。LiPF6有以下突出優(yōu)點(diǎn)：（1）在非水溶劑中具有合適的溶解度和較高的離子電導(dǎo)率；（2）能在Al箔集流體表面形成一層穩(wěn)定的鈍化膜；（3）協(xié)同碳酸酯溶劑在石墨電極表面生成一層穩(wěn)定的SEI膜。但是LiPF6熱穩(wěn)定性較差，易發(fā)生分解反應(yīng)，副反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)破壞電極表面SEI膜，溶解正極活性組分，導(dǎo)致循環(huán)容量衰減。
LiBF4
LiBF4是常用鋰鹽添加劑。與LiPF6相比，LiBF4的工作溫度區(qū)間更寬，高溫下穩(wěn)定性更好且低溫性能也較優(yōu)。
LiBOB
LiBOB具有較高的電導(dǎo)率、較寬的電化學(xué)窗口和良好的熱穩(wěn)定性。其最大優(yōu)點(diǎn)在于成膜性能，可直接參與SEI膜的形成。
LiDFOB
結(jié)構(gòu)上LiDFOB是由LiBOB和LiBF4各自半分子構(gòu)成，綜合了LiBOB成膜性好和LiBF4低溫性能好的優(yōu)點(diǎn)。與LiBOB相比，LiDFOB在線性碳酸酯溶劑中具有更高溶解度，且電解液電導(dǎo)率也更高。其高溫和低溫性能都好于LiPF6且與電池正極有很好相容性，能在Al箔表面形成一層鈍化膜并抑制電解液氧化。
LiTFSI
LiTFSI結(jié)構(gòu)中的CF3SO2–基團(tuán)具有強(qiáng)吸電子作用，加劇了負(fù)電荷的離域，降低了離子締合配對(duì)，使該鹽具有較高溶解度。LiTFSI有較高的電導(dǎo)率，熱分解溫度高不易水解。但電壓高于3.7V時(shí)會(huì)嚴(yán)重腐蝕Al集流體。
LiFSI
LiFSI分子中的氟原子具有強(qiáng)吸電子性，能使N上的負(fù)電荷離域，離子締合配對(duì)作用較弱，Li+容易解離，因而電導(dǎo)率較高。
LiPO2F2
LiPO2F2具有較好低溫性能，同時(shí)也能改善電解液的高溫性能。LiPO2F2作為添加劑能在負(fù)極表面形成富含LixPOyFz和LiF成分的SEI膜，有利于降低電池界面阻抗提升電池的循環(huán)性能。但是LiPO2F2也存在溶解度較低的缺點(diǎn)。
有機(jī)溶劑
液態(tài)電解質(zhì)的主要成分是有機(jī)溶劑，溶解鋰鹽并為鋰離子提供載體。理想的鋰離子電池電解液的有機(jī)溶劑需要滿足如下條件：
（1）介電常數(shù)高，對(duì)鋰鹽的溶解能力強(qiáng)；
（2）熔點(diǎn)低，沸點(diǎn)高，在較寬的溫度范圍內(nèi)保持液態(tài)；
（3）黏度小，便于鋰離子的傳輸；
（4）化學(xué)穩(wěn)定性好，不破壞正負(fù)電極結(jié)構(gòu)或溶解正負(fù)電極材料；
（5）閃電高，安全性好，成本低，無(wú)毒無(wú)污染。
常見(jiàn)的可用于鋰電池電解液的有機(jī)溶劑主要分為碳酸酯類溶劑和有機(jī)醚類溶劑。為了獲得性能較好的鋰離子電池電解液，通常使用含有兩種或兩種以上有機(jī)溶劑的混合溶劑，使其能夠取長(zhǎng)補(bǔ)短，得到較好的綜合性能。
有機(jī)醚類溶劑主要包括1, 2-二甲氧丙烷（DMP）、二甲氧甲烷（DMM）、乙二醇二甲醚（DME）等鏈狀醚和四氫呋喃（THF）、2-甲基四氫呋喃（2-Me-THF）等環(huán)狀醚。鏈狀醚類溶劑碳鏈越長(zhǎng)化學(xué)穩(wěn)定性越好，但是黏度也越高，鋰離子遷移速率也會(huì)越低。乙二醇二甲醚由于能與六氟磷酸鋰生成較穩(wěn)定的LiPF6-DME螯合物，對(duì)鋰鹽的溶解能力強(qiáng)，使電解液具有較高的電導(dǎo)率。但是DME化學(xué)穩(wěn)定性較差，無(wú)法在負(fù)極材料表面形成穩(wěn)定鈍化膜。
碳酸酯類包括碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）等環(huán)狀碳酸酯和碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）等鏈狀碳酸酯。環(huán)狀碳酸酯EC、PC具有很高的介電常數(shù)，使鋰鹽更易溶解，但同時(shí)黏度也很大，使鋰離子遷移速率較低。鏈狀碳酸酯DMC、DEC、EMC介電常數(shù)小，溶解鋰鹽能力弱，但黏度低具有很好的流動(dòng)性，便于鋰離子遷移。
