鋰離子電池高壓電解液

鋰離子電池的高壓正極數(shù)據(jù)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(lǐng)域的研究熱點。近年來，以LiNi0.5Mn1.5O4和LiCoPO4為代表的高壓正極數(shù)據(jù)發(fā)展迅速，而配套的電解液相對落后。因此，5V電解液系統(tǒng)的研究與開發(fā)是急需解決的關(guān)鍵問題。

傳統(tǒng)的電解液

1.碳酸酯溶劑

傳統(tǒng)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(wěn)定的固體電解質(zhì)界面膜(SEI)的能力，一直被認為是通用電解質(zhì)的最佳選擇。然而，傳統(tǒng)碳酸鹽在高壓電池系統(tǒng)中的適用性并不好，這是由于傳統(tǒng)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(nèi)容在鋰離子電池的電解液被視為關(guān)鍵標準確定電池的質(zhì)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。

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(fā)性低、易燃性低、離子電導率高、電化學窗口寬等優(yōu)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(zhì)來改善鋰離子電池在高容量和高電壓下的電化學和熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明，吡咯-哌啶基二氟甲基磺酰亞胺鹽離子液體比傳統(tǒng)的lipf6基電解質(zhì)更適合5V高壓電解質(zhì)數(shù)據(jù)。

但是離子液體有明顯的缺點:

(1)制備成本高，不能大規(guī)模工業(yè)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(zhì)的電導率仍然很低;

(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(tài)電解質(zhì)

新型電解質(zhì)體系的開發(fā)是鋰離子高壓電解質(zhì)研究中最受關(guān)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(wěn)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(fā)現(xiàn)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(shù)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(fā)現(xiàn)，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(zhì)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(huán)的新增，電池的內(nèi)阻也增大，這大大降低了電池的循環(huán)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(nèi)外研究的熱點，是取代傳統(tǒng)碳酸鹽巖類溶劑的研究熱點。亞砜溶劑作為電解質(zhì)廣泛應用于鋰離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池等領(lǐng)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。