锂电池电解液配方和锂离子电解液添加剂的分析

2019-05-04      1219 次浏览

锂电池电解液包括三大块—有机溶剂、锂盐、添加剂,目前我国溶剂的生产已经远远满足现有电池的需求,但是随着锂电池能量密度、安全密度、一致性的提高,容量还有待进一步开发。

锂电池逐渐取代镍氢镍镉等电池,在移动电源领域迅速普及,这是因为磷酸铁锂电池因成本低、高稳定性,但由于磷酸铁锂的本征电导率低和锂离子在固相扩散系数低,在低温运行时性能较差,因此改善磷酸铁锂电池低温性能的方法除了和正负极材料有关外,还有一个重要的方向—电解液。

锂电池电解液是电池中离子传输的载体,主要是由高纯度的有机类溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料组成的,电解液在锂电池正、负极之间起到传导电子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。

锂电池电解液常见的成分有碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、六氟磷酸锂、五氟化磷、氢氟酸等,其中高氯酸锂制成的电池低温效果不好,有爆炸的危险,日本和美国已禁止使用。而用含氟锂盐制成的电池性能好,无爆炸危险,适用性强,废弃电池的处理工作相对简单,对生态环境友好等特点。

锂电池电解液配方

1、将碳酸乙烯酯用氯气氯化合成了氯代碳酸乙烯酯,然后用三乙胺做缚酸剂脱去氯化氢,制得碳酸亚乙烯酯。氯化反应在无溶剂条件下进行,消去反应以常用作电解液溶剂的碳酸二甲酯为溶剂,可以防止溶剂的残留造成对添加剂的不良影响,同时选择2,3,4-三叔丁基苯酚做阻聚剂,两步反应收率75.0%,比文献值高。

2、用无水KF与氯代碳酸乙烯酯反应制备氟代碳酸乙烯酯,安全成本降低,生产工艺易于控制,以PEG.800为催化剂,单步收率82.5%。

3、将1,3-丙烷磺内酯用氯气氯化合成了2-氯-1,3-丙烷磺内脂,然后用三乙胺做缚酸剂脱去氯化氢,制得1,3-丙烷磺内酯,与文献相比,反应路线大大缩短,两步反应收率72.7%。

锂离子电池电解液添加剂

1、含硼添加剂

含硼化合物经常作为添加剂应用到不同正极材料的锂离子电池中,在电池循环过程中,很多含硼化合物会在正极表面形成保护膜,来稳定电极/电解液之间的界面,从而提高锂电池性能。

2、有机磷添加剂

除了亚磷酸酯类添加剂,目前所用的有机磷类添加剂还包括磷酸酯类化合物。XIA等将三烯丙基磷酸酯(TAP)添加剂应用到Li[Ni0.42Mn0.42Co0.16]O2(NMC442)石墨全电池中,发现当有TAP存在时会显著提高库仑效率,长时间循环后,仍然具有很高的容量保持。

3、碳酸酯类添加剂

含氟皖基(PFA)化合物具有很高的电化学稳定性,同时具备疏水性与疏油性的特性,当PFA添加到有机溶剂中,疏溶剂的PFA会凝聚到一起形成胶团。锂电池在长时间循环过程中性能明显提高,这主要是因为添加剂在循环过程中形成了双层的钝化膜,同时减少电极表面的降解与电解液的氧化分解。

解液由电解质锂盐、高纯度的有机溶剂和必要的添加剂等原料组成,对电池的比容量、工作温度范围、循环效率和安全性能等至关重要。电解液占锂电池成本为5-15%,产品毛利率在25-30%。电解质锂盐主要是六氟磷酸锂,占电解液的成本40%。从未来发展趋势看,随着国产六氟磷酸锂产品品质及一致性的提升,出口比例将大幅增加。

以上就是锂电池电解液配方和锂离子电解液添加剂介绍,由于锂电池的应用领域越来越广泛,形形色色的锂电池对其电解液的要求也必然有所不同。

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