鉅大LARGE | 點擊量：6783次 | 2019年01月10日
鋰電池電解液成分的主要構成
電解液是鋰離子電池四大關鍵材料之一，被稱為鋰離子電池的“血液”，它的作用是在電池中正負極之間傳導電子，也是鋰離子電池獲得高壓。高比能等優點的重要保證，本文主要講解一下鋰電池電解液成分的主要構成，鋰電池電解液的優勢。
鋰電池電解液成分的主要構成鋰電池電解液的優勢
鋰電池電解液成分的主要構成
電解液主要由三部分構成：
（1）溶劑：環狀碳酸酯（PC、EC）；鏈狀碳酸酯（DEC、DMC、EMC）；羧酸酯類（MF、MA、EA、MA、MP等）；（用于溶解鋰鹽）
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
（2）鋰鹽：LiPF6、LiClO4、LiBF4、、LiAsF6等；
（3）添加劑：成膜添加劑、導電添加劑、阻燃添加劑、過充保護添加劑、控制電解液中H2O和HF含量的添加劑、改善低溫性能的添加劑、多功能添加劑；
用于鋰離子電池的電解質一般應該滿足以下基本要求：
a.高的離子電導率，一般應達到1x10-3~2x10-2S/cm；
b.高的熱穩定性和化學穩定性，在較寬的電壓范圍內不發生分離；
c.較寬的電化學窗口，在較寬的電壓范圍內保持電化學性能的穩定；
d.與電池其他部分例如電極材料、電極集流體和隔膜等具有良好的相容性；
e.安全、無毒、無污染性。
鋰電池電解液成分的主要構成鋰電池電解液的優勢
鋰電池電解液的種類
1、液體電解液
電解質的選用對鋰離子電池的性能影響非常大，它必須是化學穩定性能好尤其是在較高的電位下和較高溫度環境中不易發生分解，具有較高的離子導電率(>10-3S/cm)，而且對陰陽極材料必須是惰性的、不能侵腐它們。由于鋰離子電池充放電電位較高而且陽極材料嵌有化學活性較大的鋰，所以電解質必須采用有機化合物而不能含有水。但有機物離子導電率都不好，所以要在有機溶劑中加入可溶解的導電鹽以提高離子導電率。目前鋰離子電池主要是用液態電解質，其溶劑為無水有機物如EC、PC、DMC、DEC，多數采用混合溶劑，如EC/DMC和PC/DMC等。導電鹽有LiClO4、LiPF6、LiBF6、LiAsF6等,它們導電率大小依次為LiAsF6>LiPF6>LiClO4>LiBF6。LiClO4因具有較高的氧化性容易出現爆炸等安全性問題，一般只局限于實驗研究中；LiAsF6離子導電率較高易純化且穩定性較好，但含有有毒的As，使用受到限制；LiBF6化學及熱穩定性不好且導電率不高，雖然LiPF6會發生分解反應，但具有較高的離子導電率，因此目前鋰離子電池基本上是使用LiPF6。目前商用鋰離子電池所用的電解液大部分采用LiPF6的EC/DMC，它具有較高的離子導電率與較好的電化學穩定性。
2、固體電解液
用金屬鋰直接用作陽極材料具有很高的可逆容量，其理論容量高達3862mAh·g-1，是石墨材料的十幾倍，價格也較低，被看作新一代鋰離子電池最有吸引力的陽極材料，但會產生枝晶鋰。采用固體電解質作為離子的傳導可抑制枝晶鋰的生長，使得金屬鋰用作陽極材料成為可能。此外使用固體電解質可避免液態電解液漏液的缺點，還可把電池做成更薄(厚度僅為0.1mm)、能量密度更高、體積更小的高能電池。破壞性實驗表明固態鋰離子電池使用安全性能很高，經釘穿、加熱(200℃)、短路和過充(600%)等破壞性實驗，液態電解質鋰離子電池會發生漏液、爆炸等安全性問題，而固態電池除內溫略有升高外(<20℃)并無任何其它安全性問題出現。固體聚合物電解質具有良好的柔韌性、成膜性、穩定性、成本低等特點，既可作為正負電極間隔膜用又可作為傳遞離子的電解質用。
固體聚合物電解質一般可分為干形固體聚合物電解質(SPE)和凝膠聚合物電解質(GPE)。SPE固體聚合物電解質主要還是基于聚氧化乙烯(PEO)，其缺點是離子導電率較低，在100℃下只能達到10-40cm。在SPE中離子傳導主要是發生在無定形區，借助聚合物鏈的移動進行傳遞遷移。PEO容易結晶是由于其分子鏈的高規整性，而晶形化會降低離子導電率。因此要想提高離子導電率一方面可通過降低聚合物的結晶度，提高鏈的可移動性，另一方面可通過提高導電鹽在聚合物中的溶解度。利用接枝、嵌段、交聯、共聚等手段來破壞高聚物的結晶性能，可明顯地提高其離子導電率。此外加入無機復合鹽也能提高離子導電率。在固體聚合物電解質中加入高介電常數低相對分子質量的液態有機溶劑如PC則可大大提高導電鹽的溶解度，所構成的電解質即為GPE凝膠聚合物電解質，它在室溫下具有很高的離子導電率，但在使用過程中會發生析液而失效。凝膠聚合物鋰離子電池已經商品化。
鋰電池電解液成分的主要構成鋰電池電解液的優勢
鋰電池電解液的優勢
電解液在鋰電池正、負極之間起到傳導電子的作用，是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優點的保證。電解液一般由高純度的有機溶劑、電解質鋰鹽、必要的添加劑等原料，在一定條件下、按一定比例配制而成的。
鋰電池主要使用的電解質有高氯酸鋰、
六氟磷酸鋰等。但用高氯酸鋰制成的電池低溫效果不好，有爆炸的危險，日本和美國已禁止使用。而用含氟鋰鹽制成的電池性能好，無爆炸危險，適用性強，特別是用六氟磷酸鋰制成的電池，除上述優點外，將來廢棄電池的處理工作相對簡單，對生態環境友好，因此該類電解質的市場前景十分廣泛。
鋰電池電解液的具備條件
鋰離子電池采用的電解液是在有機溶劑中溶有電解質鋰鹽的離子型導體。一般作為實用鋰離子電池的有機電解液應該具備以下性能：
(1)離子電導率高，一般應達到10-3～2*10-3S/cm；鋰離子遷移數應接近于1；
(2)電化學穩定的電位范圍寬；必須有0～5V的電化學穩定窗口；
(3)熱穩定好，使用溫度范圍寬；
(4)化學性能穩定，與電池內集流體和恬性物質不發生化學反應；
鋰電池電解液成分的主要構成鋰電池電解液的優勢
(5)安全低毒，最好能夠生物降解。
適合的溶劑需其介電常數高，粘度小，常用的有烷基碳酸鹽如PC，EC等極性強，介電常數高，但粘度大，分子間作用力大，鋰離于在其中移動速度慢。而線性酯，如DMC(二甲基碳酸鹽)、DEC(二乙基碳酸鹽)等粘度低，但介電常數也低，因此，為獲得具有高離子導電性的溶液，一般都采用PC+DEC，EC+DMC等混合溶劑。這些有機溶劑有一些味道，但總體來說，都是能符合歐盟的RoHS,REACH要求的，是毒害性很小、環保有好性的材料。
目前開發的無機陰離子導電鹽主要有LiBF4,LiPF6,LiAsF6三大類，它們的電導率、熱穩定性和耐氧化性次序如下：
電導率：LiAsF6≥LiPF6>LiClO4>LiBF4
熱穩定性：LiAsF6>LiBF4>LiPF6
耐氧化性：LiAsF6≥LiPF6≥LiBF4>LiClO4
LiAsF6有非常高的電導率、穩定性和電池充電放電率，但由于砷的毒性限制了它的應用。目前最常用的是LiPF6。
總的來說，鋰電池電解液的作用是非常大的，而且它的發展前景也是非常廣闊的，
鋰電池電解液是電池中離子傳輸的載體，主要是由高純度的有機類溶劑、電解質鋰鹽、必要的添加劑等原料組成的，電解液一般由高純度的有機溶劑、電解質鋰鹽（六氟磷酸鋰，LiFL6）、必要的添加劑等原料，在一定條件下，按一定比例配制而成的。
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