鉅大LARGE | 點擊量：1290次 | 2022年01月05日
充電鋰電池電解液超全面介紹
最近三星NOTE7的爆炸事件想必大家一定有所耳聞，但和其感嘆那些令人觸目驚心的照片，我們更應該對事件的原因好好分析一番。事后三星電子我國區(qū)稱，在我國地區(qū)銷售的GalaxyNote7供應商是ATL，采用的并非是由供應商三星SDI制造的會發(fā)生爆炸的電池。據(jù)SDI內(nèi)部人士的評論分析，手機電池起火的原因是由于電池R角位出現(xiàn)了導致正負極短路的問題，電池采用卷繞工藝制作，使用的是常規(guī)的液態(tài)鋰離子電池電解液。
好了，關(guān)鍵來了!我們了解，常規(guī)的鋰離子電池采用的都是非水有機溶劑，當電池由于內(nèi)部短路而發(fā)熱時，電解液受熱分解出現(xiàn)氣體，輕則電池膨脹，重則導致電池爆炸。
那么"神秘"的電解液到底是什么呢？小編通過搜尋各方資料整理了有關(guān)電解液的相關(guān)知識，接下來就聽小編來一一解析。
在傳統(tǒng)電池中，通常使用水作為溶劑的電解液體系，但是由于水的理論分解電壓為1.23V，考慮到氫或氧的過電位，以水為溶劑的電解液體系的電池電壓最高也只有2V左右（例如鉛酸電池）；在鋰離子電池中，電池的工作電壓通常高達3~4V，傳統(tǒng)的水溶液已不再適用，因此必須采用非水電解液體系作為鋰離子電池的電解液。其中非水有機溶劑是電解液的主體成分。
一、電解液的重要成分
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%
電解液重要由三部分構(gòu)成：
（1）溶劑：環(huán)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）
（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(zhì)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(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，在較寬的電壓范圍內(nèi)不發(fā)生分離；
c.較寬的電化學窗口，在較寬的電壓范圍內(nèi)保持電化學性能的穩(wěn)定；
d.和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。
重要溶劑組分理化參數(shù)：
重要溶劑組分充電過程中的反應：
幾種常用鋰鹽的簡單性能比較：
LiBF4：低溫性能比較好，但是價格昂貴和溶解度比較低；
LipF6：綜合性能比較好，缺點是易吸水水解；
LiAsF6：綜合性能比較好，但是毒性太大；
LiClO4：綜合性能比較好，但是強氧化性導致安全性不高；
LiBOB：高溫性能比較好，尤其能擬制溶劑對負極的插入破壞，但是溶解度太低。
電解質(zhì)鋰鹽在充電過程中的反應：
電解質(zhì)鋰鹽的一些理化參數(shù)：
二、電解液添加劑重要分類：
成膜添加劑：
優(yōu)良的SEI膜（固體電解質(zhì)薄膜）具有有機溶劑不容性，允許鋰離子自由的進出電極而溶劑分子無法穿越，從而阻止溶劑分子共插對電極的破壞，提高電池的循環(huán)效率和可逆容量等性能。
其重要分為無機成膜添加劑（SO2、CO2、CO等小分子以及鹵化鋰等）和有機成膜添加劑（氟代、氯代和溴代碳酸酯等，借助鹵素原子的吸電子效應提高中心原子的得電力能力，使添加劑在較高的電位條件下還原并有效鈍化電極表面，形成穩(wěn)定的SEI膜。）另有Sony公司專利報道，在鋰離子電池非水電解液中加入微量苯甲醚或其鹵代衍生物，能改善電池的循環(huán)性能，減少電池不可逆容量的損失。
導電添加劑：
對提高電解液導電能力的添加劑的研究重要著眼于提高導電鋰鹽的溶解和電離以及防止溶劑共插對電極的破壞。
其按用途類型可分為和陽離子用途型（重要包括一些胺類和分子中含有兩個氮原子以上的芳香雜環(huán)化合物以及冠醚和穴狀化合物）、和陰離子用途型（陰離子配體重要是一些陰離子受體化合物，如硼基化合物）及和電解質(zhì)離子用途型（中性配體化合物重要是一些富電子基團鍵合缺電子原子N或B形成的化合物，如氮雜醚類和烷基硼類）。
阻燃添加劑：
作為商業(yè)化應用，鋰離子蓄電池的安全問題依然是制約其應用發(fā)展的重要因素。鋰離子蓄電池自身存在著許多安全隱患，如充電電壓高，而且電解質(zhì)多為有機易燃物，若使用不當，電池會發(fā)生危險甚至爆炸。因此，改善電解液的穩(wěn)定性是改善鋰離子電池安全性的一個重要方法。在電池中添加一些高沸點、高閃點和不易燃的溶劑可改善電池的安全性。
重要分為(1)有機磷化物(2)有機氟代化合物(3)鹵代烷基磷酸酯
過充保護添加劑：
關(guān)于采用氧化還原對進行內(nèi)部保護的方法人們進行了廣泛的研究，這種方法的原理是通過在電解液中添加合適的氧化還原對，在正常充電時這個氧化還原對不參加任何化學或電化學反應，而當電池充滿電或略高于該值時，添加劑開始在正極上氧化，然后擴散到負極發(fā)生還原反應，如下式所示。
正極：R→O+ne-
負極：O+ne-→R
最佳的過充電保護添加劑應該具有4.2~4.3V的截止電壓，從而滿足鋰離子蓄電池大于4V電壓的要求，總的來說，這一部分的研究工作還有待進一步研究。
