锂离子电池电解液添加剂,高电压电解液选择标准

来源：存能电气  日期：2019-06-04 10:36  浏览量：次

　　锂离子电池电解液添加剂，高电压电解液的选择标准。随着锂离子电池的能量密度的不断提升，人们对锂离子电池能量密度提升的期望越来越高。锂电池电解液添加剂可有效降低电池内阻，提高电池对大电流的接受能力并可延长电池的使用寿命，是适用于可快速充电电池的良好添加剂。

　　锂离子电池电解液添加剂介绍

　　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，从而提高电池性能。考虑到含硼化合物的这一独特性能，众多学者开始尝试将其应用到高压锂离子电池中，来增强正极界面稳定性。

　　2、有机磷添加剂

　　根据前线轨道能量与电化学稳定性的关系：分子的HOMO越高，轨道中的电子越不稳定，氧化性越好：分子的LUMO越低，越容易得电子，还原性越好。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。XPS结果表明，在循环过程中，烯丙基可能会发生交联电聚合反应，得到的产物覆盖到电极表面，形成均匀的SEI膜。

　　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。由于PFA的这一特性，ZHU等尝试将全氟烃基(下图中TEM-EC、PFB-EC、PFH-EC、PFO-EC)取代的碳酸亚乙酯添加到高压锂离子电池电解液中，对于Li1.2Ni0.15Mn0.55Co0.1O2石墨电池，当加入0.5%(质量分数)的PFO-EC后，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。

　　4、含硫添加剂

　　近年来，将有机磺酸酯作为添加剂应用到锂离子电池中的报道很多。PIRES将1，3-丙磺酸内酯(PS)加入到高压锂离子电池电解液中，有效抑制了电极表面副反应的发生以及金属离子的溶解。ZHENG等用二甲磺酰甲烷(DMSM)作为高压LiNil/3Col/3Mn1/3O2石墨电池电解液添加剂，XPS、SEM以及TEM分析结果表明，MMDS的存在对正极SEI膜具有很好的修饰作用，即使在高压下也能显著降低电极/电解液界面阻抗，提高正极材料的循环稳定性。此外，HUANG等分别研究了三氟甲基苯硫醚(PTS)添加剂在高压锂离子电池室温及高温下的循环性能。理论计算数据与实验结果分析得出，在循环过程中PTS比溶剂分子优先被氧化，形成的SEI膜提高了电池在高电压下的循环稳定性。此外，一些噻吩及其衍生物也被考虑作为高压锂离子电池添加剂使用，当加入这些添加剂后，会在正极表面形成聚合物膜，避免了电解液在高压下的氧化分解。

　　5、离子液体添加剂

　　离子液体是一种低温熔融盐，因其具备蒸汽压低、电导率高、不易燃、热稳定及电化学稳定性高等优点而被广泛应用到锂离子电池中。

　　高电压锂电池电解液的选择标准

　　高电压锂离子电池的性能主要是由活性材料和电解液的结构和性质所决定的。其中，电解液的匹配性也非常重要。因为随着能量密度提升，一般正负极的压实密度都比较大，电解液浸润性变差，保液量降低。低保液量会导致电池的循环和存储性能变差。

　　1.选择一些氧化电位较高且电化学窗口较宽的溶剂(如：砜类、腈类及氟代溶剂)。

　　2.可以在电解液中加入一些正极保护添加剂来改善正极材料的界面性质。

　　3.在电解液中加入正极成膜添加剂，抑制电解液和正极材料界面间的反应。

　　4.电解液中加入新型的耐高压锂盐作为添加剂。如在电解液中加入双草酸硼酸(LiBOB)也可以在正极材料的表面成膜，阻止了电解液与电极材料的副反应。

　　高压添加剂在循环过程中一般会比溶剂分子优先氧化，在正极表面形成钝化膜，稳定电极/电解液界面，最终实现电解液能在高压下稳定存在。相信随着技术的进步，高电压锂电池的使用必将是未来的趋势。

　　电解液很关键，电解液我们称作是离子电池的血液，一方面电解液是连接正负极的桥梁，另一方面电解液还是离子的迁移传递的介质，我们要发展高电压的电解液体系，添加剂就非常关键，一些添加剂可以使用竞争化的离子，引入离子和锂离子进行竞争性溶剂化，从而改变电解液的溶剂化结构。