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锂电池电解液的成分

2020-06-30
导读:锂电池电解液是电池电芯的重要组成部分,那么锂电池电解液的成分有哪些呢?

电解液是一个意义广泛的名词,用于不同行业其代表的内容相差较大。有生物体内的电解液(也称电解质),也有应用于电池行业的电解液,以及电解电容器、超级电容器等行业的电解液。不同的行业应用的电解液,其成分相差巨大,甚至完全不相同。本文主要来先容一下锂电池电解液的成分。

锂电池包电解液是电池内部离子传输的载体,是锂电池四大关键材料之一,被喻为锂电池的“血液”。由于锂电池工作电压的原因,一般采用非水电解液体系作为锂电池的电解液。锂电池电解液的成分主要由三部分组成,主要为溶剂、锂盐、添加剂。下面来一一看一下这三种组成成分。

锂盐

锂盐对于锂电池的能量密度、功率密度、宽电化学窗口、循环寿命、安全性能等方面都有着较大的影响。目前,用于锂电池的电解质锂盐主要包括无机锂盐和有机锂盐两大类。

一般而言,用于锂离子电池的无机锂盐普遍具有价格低、不易分解、能耐受高的电位、合成简单的优点。常见的电解质无机锂盐主要有高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)及六氟磷酸锂(LiPF6)等。

相对于无机锂盐,锂离子电池常用的有机锂盐可认为是在无机锂盐的阴离子上又增加了吸电子基团调控而成,常见的电解质有机锂盐主要包括双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双二氟磺酰亚胺锂(LiFSI)及双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)。

溶剂

溶剂在电解液中的作用主要是用来溶解锂盐。锂电池电解液中常用的溶剂有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等,一般不使用碳酸丙烯酯(PC)、乙二醇二甲醚(DME)等主要用于锂一次电池的溶剂。PC用于二次电池,与锂离子电池的石墨负极相容性很差,充放电过程中,PC在石墨负极表面发生分解,同时引起石墨层的剥落,造成锂电池的循环性能下降。

锂电池电解液有机溶剂在使用前必须严格控制质量,如要求纯度在99.9%以上,水分含量必须达到10*l0-6以下。溶剂的纯度与稳定电压之间有密切联系纯度达标的有机溶剂的氧化电位在5V左右,有机溶剂的氧化电位对于研究防止电池过充、安全性有很大意义。严格控制有机溶剂的水分,对于配制合格锂电池电解液有着决定性影响。


电解液

添加剂

添加剂的种类众多,不同的添加剂有着不同的作用,虽然添加的分量较少,但对于锂电池包的性能效果有着不同的影响。目前锂离子添加剂主要有五大类,分别是改善SEI膜性能的添加剂、提高锂离子导电率的添加剂、过充保护添加剂、改善电池安全性的添加剂、控制电解液中水和HF含量的添加剂。

1、改善SEI膜性能的添加剂

目前使用别较多的是碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯、氯代碳酸乙烯酯、氯代甲酸甲酯、碳酸亚乙烯酯(VC),它们能够在最初的几次循环中产生优秀的SEI膜的重要成分,它们化学性质稳定,不溶于有机溶剂,具有良好的导Li+性能,以及抑制溶剂分子共插和还原分解对电极破坏的功能。

2、提高锂离子导电率的添加剂

目前使用比较多是一些硼锂盐如(C6H3F)O2B(C6H3F2)(C6F4)O2B(C6F5)等等,他们能形成配合物,以提高锂盐在有机溶剂中的溶解度和电导率。另外还有一些冠醚,他们不仅能提高电解液的电导率,而且能够降低在充电过程中溶剂的共插和分解的可能性。

3、过充保护添加剂

根据不同的防过充机理,常用的防过充添加剂主要有氧化还原对添加剂、电聚合添加剂和气体发生添加剂。

氧化还原对添加剂主要有锂的卤化物(如LiILiBr等)、金属茂化合物(二茂铁及其衍生物)、聚吡啶络合物(如FeRuIrCe等的菲罗啉和联苯络合物及其衍生物)、噻蒽、茴香醚和联(二)茴香醚。但该类添加剂都由于各类问题,还需要进一步研究,如二茂铁及其衍生物都由于在有机溶剂中的扩散速度慢导致电势较低而只能用于部分电池,噻蒽也由于电势较低而限制了它的应用;而其他的添加剂由于技术不够成熟而未被使用。

相对于氧化还原对添加剂的电势较低而限制了其发展的状况,电聚合添加剂的聚合电势较高,作为过充添加剂的应用前景很好.该类化合物主要是一些苯类,联苯类杂环化合物的聚合物,这些聚合物的单体主要有联苯、环己苯等苯类聚合物、噻吩、3-氯噻吩等杂环类聚合物。

4、改善电池安全性的添加剂

某些氟代有机溶剂具有较高的闪点且不易燃,可以用来提高电池在高温情况下的安全性。某些氟代链状醚如C4F9OCH3能够改善电池的安全性能,但由于其较低的介电常数,很难与其它介电常数高的有机溶剂如ECPC等混溶。

5、控制电解液中水和HF含量的添加剂

有机电解液中存在的痕量水和HF对性能优良的SEI膜的形成是有一定作用的,这些都可以从ECPC等溶剂在电极界面的反应中看出。但水和酸(HF)的含量过高,不仅会导致LiPF6的分解,而且会破坏SEI膜。

A1203MgOBaO和锂或钙的碳酸盐等作为添加剂加入到电解液中,它们将与电解液中微量的HF发生反应,降低HF的含量,阻止其对电极的破坏和对LiPF6分解的催化作用,提高电解液的稳定性,从而改善电池性能。

但这些物质去除HF的速度较慢,因此很难做到阻止HF对电池性能的破坏。而一些酸酐类化合物虽然能较快地去除HF,但会同时产生破坏电池性能的其它酸性物质。烷烃二亚胺类化合物能通过分子中的氢原子与水分子形成较弱的氢键,从而阻止水与LiPF6,反应产生HF

以上就是锂电池厂家格瑞普为大家带来的电解液的成分先容。

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