一、锂离子电池电解液的组成
1、有机溶剂
锂离子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)等重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,造成电池的循环性能下降。
通常认为,EC与一种链状碳酸酯的混合溶剂是锂离子电池优良的电解液,如EC+DMC、EC+DEC等。但并不绝对,当PC与相关的添加剂用于锂离子电池,有利于提高锂离子电池的低温性能。
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。严格控制有机溶剂的水分,关于配制合格锂离子电池电解液有着决定性影响。利用分子筛吸附、常压或减压精馏、通入惰性气体的方法,可以使水分含量达到要求。
2、电解质锂盐
LiPF6是最常用的电解质锂盐,是未来锂盐发展的方向。LiPF6对负极稳定,放电容量大,电导率高,内阻小,充放电速度快。但对水分和HF酸极其敏感,易于发生反应,只能在干燥气氛中操作,且不耐高温,80℃~100℃发生分解反应,生成五氟化磷和氟化锂,提纯困难,因此配制锂离子电池电解液时应控制LiPF6溶解放热导致的自分解及溶剂的热分解。
3、添加剂
添加剂的种类繁多,不同的锂离子电池生产厂家对电池的用途、性能要求不一,所选择的添加剂的侧重点也存在差异。一般来说,所用的添加剂重要有三方面的用途:
锂离子电池电解液中加入苯甲醚改善SEI膜的性能,在锂离子电池电解液中加入苯甲醚或其卤代衍生物,能够改善电池的循环性能,减少电池的不可逆容量损失;
锂离子电池电解液加入金属氧化物降低电解液中的微量水和HF酸;
防止过充电、过放电。
就我国目前锂离子电池电解液市场而言,准入门槛并不高,但是隐形的技术是有壁垒的,而随着关键原材料的国产化,目前电解液的成本也随之进一步降低,日韩公司也开始将制造厂往国内转移,相信在不久的将来,我国的电解液将会走出国门,走向世界。由于锂离子电池的应用领域越来越广泛,形形色色的锂离子电池对其电解液的要求也必然有所不同。
1、高比能量型电解液
追求高比能量是目前锂离子电池最大的研究方向,尤其是移动设备在人们生活中所占有的比重越来越多的时候,续航,成为了电池最为关键的性能。
2、高功率型电解液
目前,商品化的锂离子电池很难实现高倍率持续放电,重要原因是电池极耳发热严重,内阻导致电池的整体温度过高,容易发生热失控。因此,要电解液在保持高电导率的情况下能抑制电池升温过快。而关于动力锂电池,实现快充也是电解液发展的一个重要方向。
3、宽温型电解液
锂离子电池在高温时容易发生电解液自身分解以及材料与电解液件的副反应加剧;而在低温时则可能会有电解质盐析出和负极SEI膜阻抗成倍新增。所谓宽温电解液就是使电池拥有更加宽泛的工作环境。