鋰離子電池電解液添加劑,高電壓電解液選擇標準

來源：存能電氣  日期：2019-06-04 10:36  瀏覽量：次

　　鋰離子電池電解液添加劑，高電壓電解液的選擇標準。隨著鋰離子電池的能量密度的不斷提升，人們對鋰離子電池能量密度提升的期望越來越高。鋰電池電解液添加劑可有效降低電池內阻，提高電池對大電流的接受能力并可延長電池的使用壽命，是適用于可快速充電電池的良好添加劑。

　　鋰離子電池電解液添加劑介紹

　　1、含硼添加劑

　　含硼化合物經(jīng)常作為添加劑應用到不同正極材料的鋰離子電池中，在電池循環(huán)過程中，很多含硼化合物會在正極表面形成保護膜，來穩(wěn)定電極/電解液之間的界面，從而提高電池性能。考慮到含硼化合物的這一獨特性能，眾多學者開始嘗試將其應用到高壓鋰離子電池中，來增強正極界面穩(wěn)定性。

　　2、有機磷添加劑

　　根據(jù)前線軌道能量與電化學穩(wěn)定性的關系：分子的HOMO越高，軌道中的電子越不穩(wěn)定，氧化性越好：分子的LUMO越低，越容易得電子，還原性越好。目前所用的有機磷類添加劑還包括磷酸酯類化合物。XIA等將三烯丙基磷酸酯(TAP)添加劑應用到Li[Ni0.42Mn0.42Co0.16]O2(NMC442)石墨全電池中，發(fā)現(xiàn)當有TAP存在時會顯著提高庫侖效率，長時間循環(huán)后，仍然具有很高的容量保持。XPS結果表明，在循環(huán)過程中，烯丙基可能會發(fā)生交聯(lián)電聚合反應，得到的產(chǎn)物覆蓋到電極表面，形成均勻的SEI膜。

　　3、碳酸酯類添加劑

　　含氟皖基(PFA)化合物具有很高的電化學穩(wěn)定性，同時具備疏水性與疏油性的特性，當PFA添加到有機溶劑中，疏溶劑的PFA會凝聚到一起形成膠團。由于PFA的這一特性，ZHU等嘗試將全氟烴基(下圖中TEM-EC、PFB-EC、PFH-EC、PFO-EC)取代的碳酸亞乙酯添加到高壓鋰離子電池電解液中，對于Li1.2Ni0.15Mn0.55Co0.1O2石墨電池，當加入0.5%(質量分數(shù))的PFO-EC后，電池在長時間循環(huán)過程中性能明顯提高，這主要是因為添加劑在循環(huán)過程中形成了雙層的鈍化膜，同時減少電極表面的降解與電解液的氧化分解。

　　4、含硫添加劑

　　近年來，將有機磺酸酯作為添加劑應用到鋰離子電池中的報道很多。PIRES將1，3-丙磺酸內酯(PS)加入到高壓鋰離子電池電解液中，有效抑制了電極表面副反應的發(fā)生以及金屬離子的溶解。ZHENG等用二甲磺酰甲烷(DMSM)作為高壓LiNil/3Col/3Mn1/3O2石墨電池電解液添加劑，XPS、SEM以及TEM分析結果表明，MMDS的存在對正極SEI膜具有很好的修飾作用，即使在高壓下也能顯著降低電極/電解液界面阻抗，提高正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，HUANG等分別研究了三氟甲基苯硫醚(PTS)添加劑在高壓鋰離子電池室溫及高溫下的循環(huán)性能。理論計算數(shù)據(jù)與實驗結果分析得出，在循環(huán)過程中PTS比溶劑分子優(yōu)先被氧化，形成的SEI膜提高了電池在高電壓下的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，一些噻吩及其衍生物也被考慮作為高壓鋰離子電池添加劑使用，當加入這些添加劑后，會在正極表面形成聚合物膜，避免了電解液在高壓下的氧化分解。

　　5、離子液體添加劑

　　離子液體是一種低溫熔融鹽，因其具備蒸汽壓低、電導率高、不易燃、熱穩(wěn)定及電化學穩(wěn)定性高等優(yōu)點而被廣泛應用到鋰離子電池中。

　　高電壓鋰電池電解液的選擇標準

　　高電壓鋰離子電池的性能主要是由活性材料和電解液的結構和性質所決定的。其中，電解液的匹配性也非常重要。因為隨著能量密度提升，一般正負極的壓實密度都比較大，電解液浸潤性變差，保液量降低。低保液量會導致電池的循環(huán)和存儲性能變差。

　　1.選擇一些氧化電位較高且電化學窗口較寬的溶劑(如：砜類、腈類及氟代溶劑)。

　　2.可以在電解液中加入一些正極保護添加劑來改善正極材料的界面性質。

　　3.在電解液中加入正極成膜添加劑，抑制電解液和正極材料界面間的反應。

　　4.電解液中加入新型的耐高壓鋰鹽作為添加劑。如在電解液中加入雙草酸硼酸(LiBOB)也可以在正極材料的表面成膜，阻止了電解液與電極材料的副反應。

　　高壓添加劑在循環(huán)過程中一般會比溶劑分子優(yōu)先氧化，在正極表面形成鈍化膜，穩(wěn)定電極/電解液界面，最終實現(xiàn)電解液能在高壓下穩(wěn)定存在。相信隨著技術的進步，高電壓鋰電池的使用必將是未來的趨勢。

　　電解液很關鍵，電解液我們稱作是離子電池的血液，一方面電解液是連接正負極的橋梁，另一方面電解液還是離子的遷移傳遞的介質，我們要發(fā)展高電壓的電解液體系，添加劑就非常關鍵，一些添加劑可以使用競爭化的離子，引入離子和鋰離子進行競爭性溶劑化，從而改變電解液的溶劑化結構。