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锂离子电池电解液常用物质的对比

2017-9-13
        作为锂离子电池关键材料之一,电解液连接电池的正负极,不仅要具备较高的锂离子电导率,还要有极好的电子绝缘性。因为对锂电池的各项性能均起着至关重要的作用,所以一直是研究热点之一。锂离子电池电解液主要由三部分构成:有机溶剂、锂盐,以及添加剂,下面我们将对其中常用的物质进行简要总结和对比。
有机溶剂
        有机溶剂是电解液的主体部分,与电解液的性能密切相关。因此在使用前必须严格控制质量、纯度和水分。锂离子电池电解液中常用的溶剂有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯(PC)以及碳酸甲丙酯(MPC)等,具体性能对比如下(表1):
表1. 锂离子电池电解液常用有机溶剂及特性。
有机溶剂
特性
碳酸乙烯酯(EC)
有较强吸湿性
碳酸二乙酯(DEC)
具有吸湿性,不溶于水,溶于醇醚等有机溶剂,易燃易爆
碳酸二甲酯(DMC)
有较强的吸湿性,溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,不溶于水
碳酸甲乙酯(EMC)
具有较强吸湿性,不溶于水,溶于醇、醚,化学性质不稳定,易分解成醇和二氧化碳
碳酸丙烯酯(PC)
有较强吸湿性
碳酸甲丙酯(MPC)
具有较强吸湿性
电解质锂盐
        电解质锂盐要求易于溶于有机溶剂,易于解离,以保证电解液有较好的电导率;具有较好的电化学稳定性和化学稳定性;具有环境友好性,分解产物对环境影响较小;易于制备和纯化,且价格较便宜。常用电解质锂盐有LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiBOB等,其简单差异见表2:
表2. 锂离子电池常用锂盐及性能
锂盐
优点
缺点
LiBF4
低温性能比较好
价格昂贵;溶解度比较低
LiPF6
综合性能比较好
易吸水水解
LiAsF6
综合性能比较好
毒性太大
LiClO4
综合性能比较好
强氧化性导致安全性不高
LiBOB
高温性能比较好,能拟制溶剂对负极的插入破坏
溶解度太低
电解液添加剂
        添加剂的种类繁多,侧重点也存在差异,主要包括成膜添加剂、导电添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂、控制电解液中H2O和HF含量的添加剂、改善低温性能的添加剂、多功能添加剂,具体如图1所示:
锂电池电解液添加剂
图1. 锂离子电池常用添加剂
        总体而言,锂离子电池的电解质一般应该具有高离子电导率,高热稳定性和化学稳定性、较宽的电化学窗口、与电池其他部分具有良好的相容性、安全、无毒、无污染性。近年来,全球锂离子电池电解液产业发展平稳,国产电解液也早已进入市场逐步取代进口产品(例如国内一些公司已经可以生产己烷三腈和1-丙基磷酸酐),通过不断改进和提高,产品质量已达到国际先进水平,国内电池生产商电解液配套也基本实现了国产化。
相关链接:1,3,6,-己烷三腈
                
1-丙基磷酸酐
本文由苏州亚科科技股份有限公司编辑