鋰離子電池電解液添加劑,高電壓電解液選擇標(biāo)準(zhǔn)

來源：存能電氣  日期：2019-06-04 10:36  瀏覽量：次

　　鋰離子電池電解液添加劑，高電壓電解液的選擇標(biāo)準(zhǔn)。隨著鋰離子電池的能量密度的不斷提升，人們對(duì)鋰離子電池能量密度提升的期望越來越高。鋰電池電解液添加劑可有效降低電池內(nèi)阻，提高電池對(duì)大電流的接受能力并可延長電池的使用壽命，是適用于可快速充電電池的良好添加劑。

　　鋰離子電池電解液添加劑介紹

　　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(huì)在正極表面形成保護(hù)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(dú)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(qiáng)正極界面穩(wěn)定性。

　　2、有機(jī)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(jī)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(shí)會(huì)顯著提高庫侖效率，長時(shí)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(huì)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(shí)具備疏水性與疏油性的特性，當(dāng)PFA添加到有機(jī)溶劑中，疏溶劑的PFA會(huì)凝聚到一起形成膠團(tuán)。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(duì)于Li1.2Ni0.15Mn0.55Co0.1O2石墨電池，當(dāng)加入0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的PFO-EC后，電池在長時(shí)間循環(huán)過程中性能明顯提高，這主要是因?yàn)樘砑觿┰谘h(huán)過程中形成了雙層的鈍化膜，同時(shí)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(jī)磺酸酯作為添加劑應(yīng)用到鋰離子電池中的報(bào)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(duì)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(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)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(dāng)加入這些添加劑后，會(huì)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(diǎn)而被廣泛應(yīng)用到鋰離子電池中。

　　高電壓鋰電池電解液的選擇標(biāo)準(zhǔn)

　　高電壓鋰離子電池的性能主要是由活性材料和電解液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)所決定的。其中，電解液的匹配性也非常重要。因?yàn)殡S著能量密度提升，一般正負(fù)極的壓實(shí)密度都比較大，電解液浸潤性變差，保液量降低。低保液量會(huì)導(dǎo)致電池的循環(huán)和存儲(chǔ)性能變差。

　　1.選擇一些氧化電位較高且電化學(xué)窗口較寬的溶劑(如：砜類、腈類及氟代溶劑)。

　　2.可以在電解液中加入一些正極保護(hù)添加劑來改善正極材料的界面性質(zhì)。

　　3.在電解液中加入正極成膜添加劑，抑制電解液和正極材料界面間的反應(yīng)。

　　4.電解液中加入新型的耐高壓鋰鹽作為添加劑。如在電解液中加入雙草酸硼酸(LiBOB)也可以在正極材料的表面成膜，阻止了電解液與電極材料的副反應(yīng)。

　　高壓添加劑在循環(huán)過程中一般會(huì)比溶劑分子優(yōu)先氧化，在正極表面形成鈍化膜，穩(wěn)定電極/電解液界面，最終實(shí)現(xiàn)電解液能在高壓下穩(wěn)定存在。相信隨著技術(shù)的進(jìn)步，高電壓鋰電池的使用必將是未來的趨勢。

　　電解液很關(guān)鍵，電解液我們稱作是離子電池的血液，一方面電解液是連接正負(fù)極的橋梁，另一方面電解液還是離子的遷移傳遞的介質(zhì)，我們要發(fā)展高電壓的電解液體系，添加劑就非常關(guān)鍵，一些添加劑可以使用競爭化的離子，引入離子和鋰離子進(jìn)行競爭性溶劑化，從而改變電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)。