鋰電池電解液的成分

導(dǎo)讀：鋰電池電解液是電池電芯的重要組成部分，那么鋰電池電解液的成分有哪些呢？

電解液是一個意義廣泛的名詞，用于不同行業(yè)其代表的內(nèi)容相差較大。有生物體內(nèi)的電解液（也稱電解質(zhì)），也有應(yīng)用于電池行業(yè)的電解液，以及電解電容器、超級電容器等行業(yè)的電解液。不同的行業(yè)應(yīng)用的電解液，其成分相差巨大，甚至完全不相同。本文主要來介紹一下鋰電池電解液的成分。

鋰電池包電解液是電池內(nèi)部離子傳輸?shù)妮d體，是鋰電池四大關(guān)鍵材料之一，被喻為鋰電池的“血液”。由于鋰電池工作電壓的原因，一般采用非水電解液體系作為鋰電池的電解液。鋰電池電解液的成分主要由三部分組成，主要為溶劑、鋰鹽、添加劑。下面來一一看一下這三種組成成分。

鋰鹽

鋰鹽對于鋰電池的能量密度、功率密度、寬電化學(xué)窗口、循環(huán)壽命、安全性能等方面都有著較大的影響。目前，用于鋰電池的電解質(zhì)鋰鹽主要包括無機鋰鹽和有機鋰鹽兩大類。

一般而言，用于鋰離子電池的無機鋰鹽普遍具有價格低、不易分解、能耐受高的電位、合成簡單的優(yōu)點。常見的電解質(zhì)無機鋰鹽主要有高氯酸鋰（LiClO4）、四氟硼酸鋰（LiBF4）、六氟砷酸鋰（LiAsF6）及六氟磷酸鋰（LiPF6）等。

相對于無機鋰鹽，鋰離子電池常用的有機鋰鹽可認為是在無機鋰鹽的陰離子上又增加了吸電子基團調(diào)控而成，常見的電解質(zhì)有機鋰鹽主要包括雙草酸硼酸鋰（LiBOB）、二氟草酸硼酸鋰（LiDFOB）、雙二氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）及雙三氟甲基磺酰亞胺鋰（LiTFSI）。

溶劑

溶劑在電解液中的作用主要是用來溶解鋰鹽。鋰電池電解液中常用的溶劑有碳酸乙烯酯(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)等主要用于鋰一次電池的溶劑。PC用于二次電池，與鋰離子電池的石墨負極相容性很差，充放電過程中，PC在石墨負極表面發(fā)生分解，同時引起石墨層的剝落，造成鋰電池的循環(huán)性能下降。

鋰電池電解液有機溶劑在使用前必須嚴格控制質(zhì)量，如要求純度在99.9%以上，水分含量必須達到10*l0-6以下。溶劑的純度與穩(wěn)定電壓之間有密切聯(lián)系純度達標的有機溶劑的氧化電位在5V左右，有機溶劑的氧化電位對于研究防止電池過充、安全性有很大意義。嚴格控制有機溶劑的水分，對于配制合格鋰電池電解液有著決定性影響。

添加劑

添加劑的種類眾多，不同的添加劑有著不同的作用，雖然添加的分量較少，但對于鋰電池包的性能效果有著不同的影響。目前鋰離子添加劑主要有五大類，分別是改善SEI膜性能的添加劑、提高鋰離子導(dǎo)電率的添加劑、過充保護添加劑、改善電池安全性的添加劑、控制電解液中水和HF含量的添加劑。

1、改善SEI膜性能的添加劑

目前使用別較多的是碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯、氯代碳酸乙烯酯、氯代甲酸甲酯、碳酸亞乙烯酯（VC），它們能夠在最初的幾次循環(huán)中產(chǎn)生優(yōu)秀的SEI膜的重要成分，它們化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于有機溶劑，具有良好的導(dǎo)Li+性能，以及抑制溶劑分子共插和還原分解對電極破壞的功能。

2、提高鋰離子導(dǎo)電率的添加劑

目前使用比較多是一些硼鋰鹽如(C6H3F)O2B(C6H3F2)、(C6F4)O2B(C6F5)等等，他們能形成配合物，以提高鋰鹽在有機溶劑中的溶解度和電導(dǎo)率。另外還有一些冠醚，他們不僅能提高電解液的電導(dǎo)率，而且能夠降低在充電過程中溶劑的共插和分解的可能性。

3、過充保護添加劑

根據(jù)不同的防過充機理，常用的防過充添加劑主要有氧化還原對添加劑、電聚合添加劑和氣體發(fā)生添加劑。

氧化還原對添加劑主要有鋰的鹵化物（如LiI、LiBr等）、金屬茂化合物（二茂鐵及其衍生物）、聚吡啶絡(luò)合物（如Fe、Ru、Ir和Ce等的菲羅啉和聯(lián)苯絡(luò)合物及其衍生物）、噻蒽、茴香醚和聯(lián)（二）茴香醚。但該類添加劑都由于各類問題，還需要進一步研究，如二茂鐵及其衍生物都由于在有機溶劑中的擴散速度慢導(dǎo)致電勢較低而只能用于部分電池，噻蒽也由于電勢較低而限制了它的應(yīng)用；而其他的添加劑由于技術(shù)不夠成熟而未被使用。

相對于氧化還原對添加劑的電勢較低而限制了其發(fā)展的狀況，電聚合添加劑的聚合電勢較高，作為過充添加劑的應(yīng)用前景很好.該類化合物主要是一些苯類，聯(lián)苯類雜環(huán)化合物的聚合物，這些聚合物的單體主要有聯(lián)苯、環(huán)己苯等苯類聚合物、噻吩、3-氯噻吩等雜環(huán)類聚合物。

4、改善電池安全性的添加劑

某些氟代有機溶劑具有較高的閃點且不易燃，可以用來提高電池在高溫情況下的安全性。某些氟代鏈狀醚如C4F9OCH3能夠改善電池的安全性能，但由于其較低的介電常數(shù)，很難與其它介電常數(shù)高的有機溶劑如EC、PC等混溶。

5、控制電解液中水和HF含量的添加劑

有機電解液中存在的痕量水和HF對性能優(yōu)良的SEI膜的形成是有一定作用的，這些都可以從EC、PC等溶劑在電極界面的反應(yīng)中看出。但水和酸（HF）的含量過高，不僅會導(dǎo)致LiPF6的分解，而且會破壞SEI膜。

當A1203、MgO、BaO和鋰或鈣的碳酸鹽等作為添加劑加入到電解液中，它們將與電解液中微量的HF發(fā)生反應(yīng)，降低HF的含量，阻止其對電極的破壞和對LiPF6分解的催化作用，提高電解液的穩(wěn)定性，從而改善電池性能。

但這些物質(zhì)去除HF的速度較慢，因此很難做到阻止HF對電池性能的破壞。而一些酸酐類化合物雖然能較快地去除HF，但會同時產(chǎn)生破壞電池性能的其它酸性物質(zhì)。烷烴二亞胺類化合物能通過分子中的氫原子與水分子形成較弱的氫鍵，從而阻止水與LiPF6，反應(yīng)產(chǎn)生HF。

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