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鋰電池電解液配方和鋰離子電解液添加劑的分析

鉅大LARGE  |  點擊量:1219次  |  2019年05月04日  

鋰電池電解液包括三大塊—有機溶劑、鋰鹽、添加劑,目前我國溶劑的生產(chǎn)已經(jīng)遠遠滿足現(xiàn)有電池的需求,但是隨著鋰電池能量密度、安全密度、一致性的提高,容量還有待進一步開發(fā)。

鋰電池逐漸取代鎳氫鎳鎘等電池,在移動電源領域迅速普及,這是因為磷酸鐵鋰電池因成本低、高穩(wěn)定性,但由于磷酸鐵鋰的本征電導率低和鋰離子在固相擴散系數(shù)低,在低溫運行時性能較差,因此改善磷酸鐵鋰電池低溫性能的方法除了和正負極材料有關外,還有一個重要的方向—電解液。

鋰電池電解液是電池中離子傳輸?shù)妮d體,主要是由高純度的有機類溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、必要的添加劑等原料組成的,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(yōu)點的保證。

鋰電池電解液常見的成分有碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、六氟磷酸鋰、五氟化磷、氫氟酸等,其中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,廢棄電池的處理工作相對簡單,對生態(tài)環(huán)境友好等特點。

鋰電池電解液配方

1、將碳酸乙烯酯用氯氣氯化合成了氯代碳酸乙烯酯,然后用三乙胺做縛酸劑脫去氯化氫,制得碳酸亞乙烯酯。氯化反應在無溶劑條件下進行,消去反應以常用作電解液溶劑的碳酸二甲酯為溶劑,可以防止溶劑的殘留造成對添加劑的不良影響,同時選擇2,3,4-三叔丁基苯酚做阻聚劑,兩步反應收率75.0%,比文獻值高。

2、用無水KF與氯代碳酸乙烯酯反應制備氟代碳酸乙烯酯,安全成本降低,生產(chǎn)工藝易于控制,以PEG.800為催化劑,單步收率82.5%。

3、將1,3-丙烷磺內(nèi)酯用氯氣氯化合成了2-氯-1,3-丙烷磺內(nèi)脂,然后用三乙胺做縛酸劑脫去氯化氫,制得1,3-丙烷磺內(nèi)酯,與文獻相比,反應路線大大縮短,兩步反應收率72.7%。

鋰離子電池電解液添加劑

1、含硼添加劑

含硼化合物經(jīng)常作為添加劑應用到不同正極材料的鋰離子電池中,在電池循環(huán)過程中,很多含硼化合物會在正極表面形成保護膜,來穩(wěn)定電極/電解液之間的界面,從而提高鋰電池性能。

2、有機磷添加劑

除了亞磷酸酯類添加劑,目前所用的有機磷類添加劑還包括磷酸酯類化合物。XIA等將三烯丙基磷酸酯(TAP)添加劑應用到Li[Ni0.42Mn0.42Co0.16]O2(NMC442)石墨全電池中,發(fā)現(xiàn)當有TAP存在時會顯著提高庫侖效率,長時間循環(huán)后,仍然具有很高的容量保持。

3、碳酸酯類添加劑

含氟皖基(PFA)化合物具有很高的電化學穩(wěn)定性,同時具備疏水性與疏油性的特性,當PFA添加到有機溶劑中,疏溶劑的PFA會凝聚到一起形成膠團。鋰電池在長時間循環(huán)過程中性能明顯提高,這主要是因為添加劑在循環(huán)過程中形成了雙層的鈍化膜,同時減少電極表面的降解與電解液的氧化分解。

解液由電解質(zhì)鋰鹽、高純度的有機溶劑和必要的添加劑等原料組成,對電池的比容量、工作溫度范圍、循環(huán)效率和安全性能等至關重要。電解液占鋰電池成本為5-15%,產(chǎn)品毛利率在25-30%。電解質(zhì)鋰鹽主要是六氟磷酸鋰,占電解液的成本40%。從未來發(fā)展趨勢看,隨著國產(chǎn)六氟磷酸鋰產(chǎn)品品質(zhì)及一致性的提升,出口比例將大幅增加。

以上就是鋰電池電解液配方和鋰離子電解液添加劑介紹,由于鋰電池的應用領域越來越廣泛,形形色色的鋰電池對其電解液的要求也必然有所不同。

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