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          鋰離子電池電解液添加劑

          發布時間:2022-03-21 11:42:42 瀏覽:888 來源:海芝通

            鋰離子電池電解液添加劑(圖1)

            鋰離子電池中使用的少量非儲能材料可以顯著提高電池的某些性能,這些少量的物質被稱為添加劑。有機電解液添加劑具有“用量少(一般體積比或質量比不超過5%)、見效快”的突出特點,可以在不增加電池成本的情況下顯著提高鋰離子電池的一些宏觀性能[]。添加劑一般應具有以下特點:

            (1)少量使用即可提高電池的一項或多項性能;

            (2)對電池性能無副作用,與構成電池的其他材料不發生副反應;

            (3) 與有機電解質相容性好,最好溶于溶劑;

            (4)價格較低,無毒或毒性較小;目前,鋰離子電池電解液添加劑的研究主要集中在以下幾個方面:

            (1)提高SEI膜的穩定性[7073];

            (2)提高電池的安全性能[470];

            (3)控制電解液中的酸、水含量;

            (4)提高電解液的導電性[8-7到。

            1、提高鋰離子電池SEI膜穩定性的添加劑

            SEl(Solid Electrolyte Interface)膜,即固體電解質相界面膜,是形成在鋰離子電池負極表面的鈍化膜,將電解質與碳材料/鋰負極隔開。 SEl 膜是在鋰離子電池的初始循環過程中形成的。在一定電位下,在負極/電解質界面,有機溶劑分子、鋰鹽陰離子、雜質和添加劑發生還原分解,形成不溶性物質沉積在電極表面。

            成膜助劑分為有機成膜助劑和無機成膜助劑。

            有機成膜添加劑包括亞硫酸鹽添加劑、亞硫酸鹽添加劑和磺酸鹽添加劑。

            常用的亞硫酸鹽添加劑有亞硫酸乙烯酯(ES)、亞硫酸丙烯酯(PS)、亞硫酸二甲酯(DMS)、亞硫酸二乙酯(DES)等[18]。碳負極表面的亞硫酸鹽添加劑還原分解形成的SEI膜的主要成分是無機鹽LizS、LizSO;或 LiuSO,以及有機鹽 ROSO2Lil81]。具體成分也與電流密度有關。在高電流密度下,首先生成無機鋰鹽,

            有機鋰鹽成分僅在0.5V以下出現;低電流密度下,1.5V時發生有機鋰鹽析出,無無機鹽生成。不同亞硫酸鹽添加劑在碳陽極界面的薄膜強度為 ES>PS2DMS>DES。

            物質添加劑28包括二甲基亞砜(DMSO)、亞硫酸丁酯、乙基甲基亞硫酸鹽(EMS)、環丙基亞砜(TriMS)、1-甲基環丙基亞砜(MTS)、乙基仲丁基明礬(EsBS)、乙基異丁基明礬(EiPS) 3,3,3-三氟丙基亞甲基(FPMS)等。

            2、提高鋰離子電池安全性能的添加劑

            安全問題是鋰離子電池市場創新的重要前提,尤其是在電動汽車等領域的應用,對電池的安全性提出了更高更新的要求。鋰離子二次電池在過充放電、短路和大電流長期工作的情況下會放出大量熱量。這些熱量成為易燃電解質的安全隱患,可能導致災難性的熱擊穿(熱失控)甚至電池爆炸。 [8]。阻燃添加劑的加入可使可燃有機電解液變成阻燃或不燃電解液,降低電池放熱值和電池自發熱率,同時也增加了電解液本身的熱穩定性,防止電池從過熱條件?;馂幕虮?。

            3. 控制鋰離子電池電解液酸水含量的添加劑

            有機電解質中微量的水和HF對優良SEl膜的形成有一定的影響,這從EC和PC等溶劑在電極界面的反應就可以看出。但是過多的水和酸(HF)含量不僅會導致LiPF。的分解,會破壞SEI膜[8]。當AlbO3、MgO、Bao和鋰或鈣的碳酸鹽作為添加劑加入電解液中時,它們會與電解液中的少量HF發生反應,降低HF的含量,防止其損壞電極和分解LiPF6的催化作用可以提高電解液的穩定性,從而提高電池性能。但是這些物質去除