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    分析锂离子电池高电压电解液知识

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      精神小伙

        锂离子电池高压电解液

        锂离子电池的高压正极数据是近年来的研究热点。研制性能更好、能量更高、电压更高的新型锂离子电池是当前电源领域的研究热点。近年来,以LiNi0.5Mn1.5O4和LiCoPO4为代表的高压正极数据发展迅速,而配套的电解液相对落后。因此,5V电解液系统的研究与开发是急需解决的关键问题。

        传统的电解液

        1.碳酸酯溶剂

        传统的碳酸盐岩溶剂因其高导电性、锂盐良好的溶解性以及在负极表面形成稳定的固体电解质界面膜(SEI)的能力,一直被认为是通用电解质的最佳选择。然而,传统碳酸盐在高压电池系统中的适用性并不好,这是由于传统碳酸盐溶剂的氧化电位较低,在高电位氧化分解下容易提前攻击。此外,水的内容在锂离子电池的电解液被视为关键标准确定电池的质量,高电压电解液对水的要求较高,假如电解液中的含水量略高,将大大降低电解液的抗氧化性能。

        2.离子液体

        离子液体是完全由阳离子和阴离子组成的盐,在室温下是液体,可以导电。离子液体具有挥发性低、易燃性低、离子电导率高、电化学窗口宽等优点。由于离子液体的这些特性,近年来离子液体得到了广泛的研究,并作为新的电解质来改善锂离子电池在高容量和高电压下的电化学和热稳定性。结果表明,吡咯-哌啶基二氟甲基磺酰亚胺盐离子液体比传统的lipf6基电解质更适合5V高压电解质数据。

        但是离子液体有明显的缺点:

        (1)制备成本高,不能大规模工业化使用;

        (2)虽然离子液体的离子电导率很高,但是液体电解质的电导率仍然很低;

        (3)整个离子液体的粘度较大,不利于锂离子电池的大倍率充放电。

        新的液态电解质

        新型电解质体系的开发是锂离子高压电解质研究中最受关注的方向,重要包括:氟化溶剂、腈类化合物、砜类化合物等新型溶剂化合物。

        1.氟溶剂

        由于氟原子具有强电负性和弱极性,氟溶剂具有较高的电化学稳定性。研究人员对一系列含氟有机碳酸盐溶剂进行了研究,发现氟代碳酸盐溶剂中的氟元素明显提高了氟代碳酸盐的抗氧化功能。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电位明显高于乙基碳酸酯(EC)、甲基乙基碳酸酯(EMC)和乙基碳酸酯(DEC)。然而,随着氟取代氢原子数的新增,LiPF6在溶剂中的溶解度大大降低。

        2.腈溶剂

        在研究双层电容器的过程中,研究人员等首次发现,戊二腈和己二腈的抗氧化电位高达8.3v,其电化学窗口比所有非质子溶剂都要宽。但丁腈溶剂与石墨阳极的相容性较差。随着循环的新增,电池的内阻也增大,这大大降低了电池的循环功能。采用EC和LiBOB作为电解液添加剂,可改善丁腈溶剂与石墨阳极的相容性差。

        3.亚砜溶剂

        亚砜类溶剂是目前国内外研究的热点,是取代传统碳酸盐岩类溶剂的研究热点。亚砜溶剂作为电解质广泛应用于锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池等领域。甲基乙基砜(EMS)和甲基乙基砜的抗氧化电位均超过5.8v,与Mn系列正极相容性好,但与石墨负极相容性差,不能用于以石墨为负极的电池中。

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