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高壓鋰離子電池電解液分類介紹

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年12月21日  

鋰電池具有使用壽命長、能量密度大、充放電性能穩定等優點,已經廣泛應用于日常使用的電子產品中,同時也是許多大型移動設備主要的候選動力電源之一。提高電池的工作電壓是獲得高比能量鋰電池的有效途徑,因此需要開發高壓電解液體系。本文將對幾種高壓電解液體系進行總結。


新型碳酸酯類高壓電解液


傳統的碳酸酯類電解液工作電壓達到4.5V以上時,就會發生劇烈的氧化分解反應,致使鋰電池的嵌脫鋰過程無法正常進行。新型碳酸酯類電解液可有效改善碳酸酯電解液的高壓性能:


改進型


——氟代碳酸酯:多氟烷基碳酸酯具有化學穩定性強、疏水性、疏油性等特點,可在電極表面生成雙層鈍化膜,減少電極表面的降解和電解質的分解。并且全氟烴取代基的碳鏈越長,親核能力越強,越容易在電極表面生成鈍化膜,但是分子間作用力也會相應增大,致使粘度增大,電導率下降。


復合型


——含磷碳酸酯:在碳酸酯中加入適量的添加劑如三(2,2,2-三氟乙基)亞磷酸酯(TTFP):可在陰極表面形成穩定的CEI鈍化膜;TTFP中心的磷(III)原子有一對孤對電子,在含LiPF6的電解液中能與PF6-配位,形成穩定的鋰鹽絡合物;磷(III)原子未處于最高價態,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,進一步改善電池的循環性能。


——含硼碳酸酯:含硼化合物能在不同陰極表面生成穩定的CEI膜,可提高其他電解質在電極表面的穩定性。


新型碳酸酯類電解液可有效提高電解液的高壓穩定性,但如何提高碳酸酯電解液的燃點、降低揮發度、進一步提高電池安全性能,仍需要科研人員繼續努力。


腈類高壓電解液


非質子脂族二腈化合物NC-(CH)n-CN(n=3~8)作為電解質具有耐高壓且安全的特性,在電壓7~8V時,表現出良好的電化學穩定性,具有較高的燃點和閃點。在腈類溶劑中加入EC或DMC,可以顯著改善腈類電解液與石墨電極的兼容性,提高鋰鹽的溶解度。另外,1,3,6-己烷三腈憑借著較好的高溫儲存和循環性能在高電壓鋰電池電解液應用方面有著巨大優勢。但是如何降低腈類溶劑的毒性和生產成本,仍是該類電解液在電池應用中亟待解決的問題。


砜類高壓電解液


砜類有機物的介電常數都在40以上,在電壓5.5V以下均處于穩定狀態。例如環丁砜(SL)是一種常見的具有高介電常數、寬電化學窗口、強極性等特點的溶劑。但砜類有機物粘度大,熔點高,且與石墨負極材料的兼容性較差。往往需要加入添加劑以降低粘度,提高電解液的電導率。因此提高砜類電解液安全性能、降低砜的粘度仍是需要研究的方向。


離子液體高壓電解液


離子液體(ILs)是由陰陽離子組成的室溫熔融鹽,具有高閃點、高燃點、低揮發性、高介電常數和寬電化學穩定窗口的特點。目前研究時,陰離子多定為TFSI-,其在低電位下容易被還原成不溶Li+的化合物,并在鋰、石墨陽極表面形成鈍化膜。吡咯類和哌啶類電解液在2.5~4.8V有良好的循環穩定性,但電導率都相對較低,電阻較高;咪唑類電解液電導率很高,但其循環穩定性較差,需要進一步的改進。


鋰離子電池是最有效的能源存儲設備,普通鋰離子池電解液在高電壓下的氧化分解限制了高壓鋰離子電池的發展。通過開發新型耐高壓電解液,可使電解液在高壓條件下表現出循環穩定性強、電導率高且與電極表面兼容性良好等優點。然而如何提高新型有機溶劑的安全性,優化其反應條件,仍需要進一步的研究。

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