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一文看懂锂离子电池电解液机理与发展趋势

放大字体 缩小字体 发布日期:2018-01-08 19:34:11   来源:新能源汽车网  编辑:全球新能源汽车网  浏览次数:998


目前常用的锂盐为LiPF6,对水分很敏感,一旦接触水分就会发生反应,造成产气,电池鼓胀,循环衰减严重等问题, 20~60℃温度范围内,在3种混合溶剂中LiPF6与水的反应速率常数k大小为:EC+DMC<EC+DEC<EC+DEC+DMC(如表1);LiPF6与水的反应速率随温度升高而大大加快,40℃下的反应速率常数是20℃时的3~4倍,60℃时增大到20℃时的8~12倍,所以在配置电解液的时候一定要控制环境的温湿度,目前量产所使用的电解液一般控制水分含量低于20ppm。

一些常用的添加剂如上表所示,用较少的量达到改善某一方面的性能。

(1)成膜添加剂:VC应用的比较广泛,其主要机理为碳负极表面发生自由基聚合反应,生成聚烷基碳酸锂化合物,从而有效抑制溶剂分子的共嵌入反应;PS、ES、DES、DMS等物质,其主要机理为还原分解形成SEI膜的主要成分是无机盐Li2S、Li2SO3 或Li2SO4 和有机盐ROSO2Li,大大增强SEI膜的稳定性;

(2)安全类添加剂:阻燃添加剂,降低电解液放热值以及自热率,主要是含P或F的有机化合物,如有机磷化物、有机氟化物、以及氟代烷基磷酸酯等。放过充添加剂,其主要机理为氧化还原梭反应(二茂铁)以及电聚合反应(联苯、环己基苯);

(3)多功能添加剂:除水、导电、成膜等综合作用,酰胺类添加剂,与水形成氢键,同时含有孤对电子,起到稳定SEI膜的作用。

添加成膜添加剂石墨负极循环后性能对比,可以明显的看出,再添加成膜添加剂后负极材料在循环过好表面光滑了许多,而没有添加成膜添加剂的负极则粗糙不少,循环也衰减的较快。

再添加了阻燃添加剂后,明显看出再添加一定量后电解液已经不可燃了,给高能量密度的电池带来一定的安全保障。

3
 
关键词: 电解液 添加剂 负极


 
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