鋰離子電池電解液添加劑介紹

成膜添加劑：

優(yōu)良的SEI膜(固體電解質(zhì)薄膜)具有有機(jī)溶劑不容性，允許鋰離子自由的進(jìn)出電極而溶劑分子無(wú)法穿越，從而阻止溶劑分子共插對(duì)電極的破壞，提高電池的循環(huán)效率和可逆容量等性能。

其重要分為無(wú)機(jī)成膜添加劑(SO2、CO2、CO等小分子以及鹵化鋰等)和有機(jī)成膜添加劑(氟代、氯代和溴代碳酸酯等，借助鹵素原子的吸電子效應(yīng)提高中心原子的得電力能力，使添加劑在較高的電位條件下還原并有效鈍化電極表面，形成穩(wěn)定的SEI膜。)另有Sony公司專(zhuān)利報(bào)道，在鋰離子電池非水電解液中加入微量苯甲醚或其鹵代衍生物，能改善電池的循環(huán)性能，減少電池不可逆容量的損失。

導(dǎo)電添加劑：

對(duì)提高電解液導(dǎo)電能力的添加劑的研究重要著眼于提高導(dǎo)電鋰鹽的溶解和電離以及防止溶劑共插對(duì)電極的破壞。

其按用途類(lèi)型可分為與陽(yáng)離子用途型(重要包括一些胺類(lèi)和分子中含有兩個(gè)氮原子以上的芳香雜環(huán)化合物以及冠醚和穴狀化合物)、與陰離子用途型(陰離子配體重要是一些陰離子受體化合物，如硼基化合物)及與電解質(zhì)離子用途型(中性配體化合物重要是一些富電子基團(tuán)鍵合缺電子原子N或B形成的化合物，如氮雜醚類(lèi)和烷基硼類(lèi))。

阻燃添加劑：

作為商業(yè)化應(yīng)用，鋰離子蓄電池的安全問(wèn)題依然是制約其應(yīng)用發(fā)展的重要因素。鋰離子蓄電池自身存在著許多安全隱患，如充電電壓高，而且電解質(zhì)多為有機(jī)易燃物，若使用不當(dāng)，電池會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)甚至爆炸。因此，改善電解液的穩(wěn)定性是改善鋰離子電池安全性的一個(gè)重要方法。在電池中添加一些高沸點(diǎn)、高閃點(diǎn)和不易燃的溶劑可改善電池的安全性。

重要分為(1)有機(jī)磷化物(2)有機(jī)氟代化合物(3)鹵代烷基磷酸酯

過(guò)充保護(hù)添加劑：

關(guān)于采用氧化還原對(duì)進(jìn)行內(nèi)部保護(hù)的方法人們進(jìn)行了廣泛的研究，這種方法的原理是通過(guò)在電解液中添加合適的氧化還原對(duì)，在正常充電時(shí)這個(gè)氧化還原對(duì)不參加任何化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，而當(dāng)電池充滿電或略高于該值時(shí)，添加劑開(kāi)始在正極上氧化，然后擴(kuò)散到負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)，如下式所示。

正極：R→O+ne-

負(fù)極：O+ne-→R

最佳的過(guò)充電保護(hù)添加劑應(yīng)該具有4.2~4.3V的截止電壓，從而滿足鋰離子蓄電池大于4V電壓的要求，總的來(lái)說(shuō)，這一部分的研究工作還有待進(jìn)一步研究。

控制電解液中水和HF含量的添加劑：

有機(jī)電解液中存在的痕量水和HF對(duì)性能優(yōu)良的SEI膜的形成是有一定用途的，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(guò)高，不僅會(huì)導(dǎo)致LiPF6的分解，而且會(huì)破壞SEI膜。當(dāng)Al2O3、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(duì)電極的破壞和對(duì)LiPF6分解的催化用途，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(duì)電池性能的破壞。而一些酸酐類(lèi)化合物雖然能較快地去除HF，但會(huì)同時(shí)出現(xiàn)破壞電池性能的其它酸性物質(zhì)。烷烴二亞胺類(lèi)化合物能通過(guò)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)出現(xiàn)HF。

改善低溫性能的添加劑：

低溫性能為拓寬鋰離子電池使用范圍的重要因素之一，也是目前航天技術(shù)中必須具備的。N，N一二甲基三氟乙酰胺的黏度低(1.09mPaS，25C)、沸點(diǎn)(135C)和閃點(diǎn)(72C)高，在石墨表面有較好的成膜能力，對(duì)正極也有較好的氧化穩(wěn)定性，組裝的電池在低溫下具有優(yōu)良的循環(huán)性能。有機(jī)硼化物、含氟碳酸酯也有利于電池低溫性能的提高。

多功能型添加劑：

多功能添加劑是鋰離子電池的理想添加劑，它們可以從多方面改善電解液的性能，對(duì)提高鋰離子電池的整體電化學(xué)性能具有突出用途。正在成為未來(lái)添加劑研究和開(kāi)發(fā)的主攻方向。

實(shí)際上，現(xiàn)有的某些添加劑本身就是多功能添加劑。例如，12-冠-4加入PC溶劑后。在提高Li+的自身導(dǎo)電性的同時(shí)，利用冠狀配體在電極表面的親電用途使得Li+在電極界面與溶劑分子反應(yīng)的可能性大大降低，冠醚對(duì)Li+的優(yōu)失溶劑化用途抑制了PC分子共插，電極界面SEI膜得到優(yōu)化，減少了電極首次不可逆容量損失。此外，氟化有機(jī)溶劑、鹵代磷酸酯如BTE和TTFP加入電解液后，不僅有助于形成優(yōu)良的SEI膜，同時(shí)對(duì)電解液具有一定的甚至明顯的阻燃用途，改善了電池多方面性能。