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锂离子电池电解液简介
2015年8月
赵悠曼
目录
何为电解液
电解质锂盐
电解液-溶剂
电解液-添加剂
电解液影响的电性能
电解液的制程关注点
电解液是在有机溶剂中溶有电解质锂盐的离子型导体。
电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、
必要的添加剂等原料,在一定条件下、按一定比例
配制而成的。电解液选择在很大程度上决定着电池
的工作机制,影响着电池的比能量、安全性、循环
性能、倍率性能以及电池的成本等。
何为电解液
电解液应具备的性能:
1、离子电导率高,一般应达到10-3 ~2×10-3S/cm;锂离子的迁移数接近于1;
2、电化学稳定电势范围宽,必须有0 ~ 5V的电化学稳定窗口;
3、热稳定性好,使用温度范围宽;
4、化学性能稳定,与电池内集流体和活性物质不发生化学反应;
5、安全低毒,无环境污染,最好能够生物降解。
目前,商业化锂离子电池中所用的电解质盐是LiPF6, 但其热稳定性能较差,热分解温度仅为30℃。
在电解质溶液中阴离子PF6-存在如下的平衡反应:
LiPF6 = LiF+PF5。
PF5是一种很强的路易斯酸,易于与有机溶剂反应,使平衡向右移动,高温下平衡会加速右移。同时易水解生成HF,破坏
SEI膜的稳定。
电解质锂盐
LiPF6 +H2O = LiF + HF + POF3。
PF5 + H2O = LiF + HF + POF3。
LiPF6电化学稳定性强,,,且不腐蚀Al集流体。
电解质锂盐
电解质锂盐
四氟硼酸锂 LiBF4
优点:由于其阴离子半径小,易缔合,由LiBF4组成的电解液电导率较小热稳定性高,对水不敏感,低温电荷转移电阻小,适合低温和高倍率放电。
不足:在常温电解液中的应用较少,因其电化学稳定性低于LiPF6,且成膜性不好,单独使用时不能在碳负极上形成稳定的SEI 膜,常与成膜性能好的锂盐共同作用。
双乙二酸硼酸锂 LiB(C204)2
电解质锂盐
LiBOB以硼原子为中心,呈现独特的四面体结构。硼原子具
有强烈的吸电子能力,由于B上的负电荷被周围两个草酸根
上的八个氧原子高度分散,使阴阳离子键的作用力减小,由
此使得LiBOB在有机溶剂中的溶解性增大。
优点:LiBOB的最大优点在于稳定性和成膜性好。 BOB-可在
较高的负极电位( vs. Li/Li+)发生 SEI 成膜反应。
反应首先生成 LiBOB 重排后的产物三角形硼酸酯(BO3)和草
酸酯类化合物,上述物质可进一步与烷基碳酸锂结合,形成的
SEI 膜更加均匀、致密、有韧性。所以LiBOB在石墨电极表
面具有优良的成膜性质,有效地阻止溶剂分子嵌入石墨层间。
不足:a)在线性碳酸酯中的溶解度不大;b)形成的电解液电
导率相对较低;c)30℃以下易与溶剂形成溶剂复合物而产生
结晶,低温性能不好;d)对电解液中的痕量水或其它杂质过
于敏感。所以大多数情况下都作为添加剂与其他锂盐共同使
用。