分析鋰電池高電壓電解液知識

鋰離子電池高壓電解液

鋰離子電池的高壓正極數據是近年來的研究熱點。研制性能更好、能量更高、電壓更高的新型鋰離子電池是當前電源領域的研究熱點。近年來，以LiNi0.5Mn1.5O4和LiCoPO4為代表的高壓正極數據發展迅速，而配套的電解液相對落后。因此，5V電解液系統的研究與開發是急需解決的關鍵問題。

傳統的電解液

1.碳酸酯溶劑

傳統的碳酸鹽巖溶劑因其高導電性、鋰鹽良好的溶解性以及在負極表面形成穩定的固體電解質界面膜(SEI)的能力，一直被認為是通用電解質的最佳選擇。然而，傳統碳酸鹽在高壓電池系統中的適用性并不好，這是由于傳統碳酸鹽溶劑的氧化電位較低，在高電位氧化分解下容易提前攻擊。此外,水的內容在鋰離子電池的電解液被視為關鍵標準確定電池的質量,高電壓電解液對水的要求較高,假如電解液中的含水量略高,將大大降低電解液的抗氧化性能。

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2.離子液體

離子液體是完全由陽離子和陰離子組成的鹽，在室溫下是液體，可以導電。離子液體具有揮發性低、易燃性低、離子電導率高、電化學窗口寬等優點。由于離子液體的這些特性，近年來離子液體得到了廣泛的研究，并作為新的電解質來改善鋰離子電池在高容量和高電壓下的電化學和熱穩定性。結果表明，吡咯-哌啶基二氟甲基磺酰亞胺鹽離子液體比傳統的lipf6基電解質更適合5V高壓電解質數據。

但是離子液體有明顯的缺點:

(1)制備成本高，不能大規模工業化使用;

(2)雖然離子液體的離子電導率很高，但是液體電解質的電導率仍然很低;

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(3)整個離子液體的粘度較大，不利于鋰離子電池的大倍率充放電。

新的液態電解質

新型電解質體系的開發是鋰離子高壓電解質研究中最受關注的方向，重要包括:氟化溶劑、腈類化合物、砜類化合物等新型溶劑化合物。

1.氟溶劑

由于氟原子具有強電負性和弱極性，氟溶劑具有較高的電化學穩定性。研究人員對一系列含氟有機碳酸鹽溶劑進行了研究，發現氟代碳酸鹽溶劑中的氟元素明顯提高了氟代碳酸鹽的抗氧化功能。氟化乙烯、甲基2,2,2-三氟乙基碳酸酯和乙基2,2,2-三氟乙基碳酸酯的氧化電位明顯高于乙基碳酸酯(EC)、甲基乙基碳酸酯(EMC)和乙基碳酸酯(DEC)。然而，隨著氟取代氫原子數的新增，LiPF6在溶劑中的溶解度大大降低。

2.腈溶劑

在研究雙層電容器的過程中，研究人員等首次發現，戊二腈和己二腈的抗氧化電位高達8.3v，其電化學窗口比所有非質子溶劑都要寬。但丁腈溶劑與石墨陽極的相容性較差。隨著循環的新增，電池的內阻也增大，這大大降低了電池的循環功能。采用EC和LiBOB作為電解液添加劑，可改善丁腈溶劑與石墨陽極的相容性差。

3.亞砜溶劑

亞砜類溶劑是目前國內外研究的熱點，是取代傳統碳酸鹽巖類溶劑的研究熱點。亞砜溶劑作為電解質廣泛應用于鋰離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池等領域。甲基乙基砜(EMS)和甲基乙基砜的抗氧化電位均超過5.8v，與Mn系列正極相容性好，但與石墨負極相容性差，不能用于以石墨為負極的電池中。