高压锂离子电池电解液分类介绍

2018-12-21      965 次浏览

锂电池具有使用寿命长、能量密度大、充放电性能稳定等优点,已经广泛应用于日常使用的电子产品中,同时也是许多大型移动设备主要的候选动力电源之一。提高电池的工作电压是获得高比能量锂电池的有效途径,因此需要开发高压电解液体系。本文将对几种高压电解液体系进行总结。


新型碳酸酯类高压电解液


传统的碳酸酯类电解液工作电压达到4.5V以上时,就会发生剧烈的氧化分解反应,致使锂电池的嵌脱锂过程无法正常进行。新型碳酸酯类电解液可有效改善碳酸酯电解液的高压性能:


改进型


——氟代碳酸酯:多氟烷基碳酸酯具有化学稳定性强、疏水性、疏油性等特点,可在电极表面生成双层钝化膜,减少电极表面的降解和电解质的分解。并且全氟烃取代基的碳链越长,亲核能力越强,越容易在电极表面生成钝化膜,但是分子间作用力也会相应增大,致使粘度增大,电导率下降。


复合型


——含磷碳酸酯:在碳酸酯中加入适量的添加剂如三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯(TTFP):可在阴极表面形成稳定的CEI钝化膜;TTFP中心的磷(III)原子有一对孤对电子,在含LiPF6的电解液中能与PF6-配位,形成稳定的锂盐络合物;磷(III)原子未处于最高价态,容易被氧化生成可溶性的磷酸酯化合物,有效抑制碳酸酯的氧化分解,进一步改善电池的循环性能。


——含硼碳酸酯:含硼化合物能在不同阴极表面生成稳定的CEI膜,可提高其他电解质在电极表面的稳定性。


新型碳酸酯类电解液可有效提高电解液的高压稳定性,但如何提高碳酸酯电解液的燃点、降低挥发度、进一步提高电池安全性能,仍需要科研人员继续努力。


腈类高压电解液


非质子脂族二腈化合物NC-(CH)n-CN(n=3~8)作为电解质具有耐高压且安全的特性,在电压7~8V时,表现出良好的电化学稳定性,具有较高的燃点和闪点。在腈类溶剂中加入EC或DMC,可以显著改善腈类电解液与石墨电极的兼容性,提高锂盐的溶解度。另外,1,3,6-己烷三腈凭借着较好的高温储存和循环性能在高电压锂电池电解液应用方面有着巨大优势。但是如何降低腈类溶剂的毒性和生产成本,仍是该类电解液在电池应用中亟待解决的问题。


砜类高压电解液


砜类有机物的介电常数都在40以上,在电压5.5V以下均处于稳定状态。例如环丁砜(SL)是一种常见的具有高介电常数、宽电化学窗口、强极性等特点的溶剂。但砜类有机物粘度大,熔点高,且与石墨负极材料的兼容性较差。往往需要加入添加剂以降低粘度,提高电解液的电导率。因此提高砜类电解液安全性能、降低砜的粘度仍是需要研究的方向。


离子液体高压电解液


离子液体(ILs)是由阴阳离子组成的室温熔融盐,具有高闪点、高燃点、低挥发性、高介电常数和宽电化学稳定窗口的特点。目前研究时,阴离子多定为TFSI-,其在低电位下容易被还原成不溶Li+的化合物,并在锂、石墨阳极表面形成钝化膜。吡咯类和哌啶类电解液在2.5~4.8V有良好的循环稳定性,但电导率都相对较低,电阻较高;咪唑类电解液电导率很高,但其循环稳定性较差,需要进一步的改进。


锂离子电池是最有效的能源存储设备,普通锂离子池电解液在高电压下的氧化分解限制了高压锂离子电池的发展。通过开发新型耐高压电解液,可使电解液在高压条件下表现出循环稳定性强、电导率高且与电极表面兼容性良好等优点。然而如何提高新型有机溶剂的安全性,优化其反应条件,仍需要进一步的研究。

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