锂离子电池电解液的溶质、有机溶剂、添加剂的研究教学内容

对锂离子电池电解液中有机溶剂的要求
要求一
溶液在其中的溶解度大，缔合度小。（换句话说就是需要有足够 高的介电常数。）
要求二
液态度范围宽，至少在-40—70℃间保持液态。
要求三 形成的锂盐电解液在较宽的温度范围内电导率高，尤其具有较高
的锂离子电导率。
要求四 电化学稳定性好，氧化还原电位差最好大于4-5伏，安全性好，
碳酸乙烯酯具有较高 的介电常数，它的主 要分解产物能在石墨 表面形成有效、致密 和稳定的 SEI 膜，目 前已成为大多数有机 电解液的主要溶剂成 分。
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04 对锂离子电池电解液中 PART FOUR 添加剂的研究
电解液中添加剂的特点
较少的用 量即能改善 电池的一种 或几种性能。
对电池性 能没有副作用, 不与构成电池 的其它材料发 生副反应。
无闪燃点或闪燃点高。
要求五 无污染或环境污染小。
常用溶剂的一般性质
对锂离子电池电解液中有机溶剂的研究
由上表我们可以看出没有一种溶剂可同时满足优良电解液的多中要求。
因此使用混合溶剂，实现扬长避短是优化电解液体系的重要途径，混合溶剂的出 发点是借助不同的溶剂体系，解决电解质中制约电极性能的两对矛盾，一是在首 次充电过程中，保持较高点电势下建立SEI膜；二是降低体系粘度。
因此必须通过添加剂对锂离 子电池进行过充电保护，提 高其使用的安全性。根据不 同的防过充作用机理，常用 的防过充添加剂可分为氧化 还原添加剂、电聚合添加剂 2类。
2一甲氧基萘用作锂离子电池过充保护添加剂
采用2一甲氧基萘作为过充保护添加剂，研究了其对磷酸铁锂电池首次充 放电性能 、常温循环性能和过充性能的影响。
2一甲氧基萘用作锂离子电池过充保护添加剂
2一甲氧基萘用作锂离子电池过充保护添加剂
本文采用了2一甲氧基萘作为 锂离子电池的添加剂，研究了其 对磷酸铁锂电池电化学性能和耐 过充性能的影能具有一定的效 果，同时对电池的电化学性能没 有影响。
价格相对较 低,没有毒性或 毒性较小。
与有机电 解液具有较好 的相容性,最 好能易溶于溶 剂中
从作用机理上锂离子二次电池有机电解液用添加剂 的分类：
改善电极SEI膜 性能的添加剂
控制电解液 中酸和水含 量的添加剂
过充保护添 加剂
提高电解液 低温性能的
添加剂
添加剂
改善电解液与 电极表面间润 湿性的添加剂
优点: (1)能够在电极上，尤其是碳负极上，形成适当的SEI膜;
(2)能够对正极集流体实现有效的钝化，以阻止其溶解;
(3)有较宽广的电化学稳定窗口;
(4)在碳酸脂类溶剂中溶解度大，配制的电解液电导率较高，电池 内阻小，倍率充放电性能优良;
(5)有相对较好的环境友好性。
缺点 如:对水分敏感、热稳定性差等缺点，易导致电池性能在高 温环境下严重恶化。
03 PART THREE
对锂离子电池电解液中有机 溶剂的研究
对锂离子电池电解液中有机溶剂的研究
溶剂是电解液的主体组成部分，占电解液组分的 90%以上， 它的多项物理性能参数和电化学性能对锂离子电池的性能起 着至关重要的作用。
在锂离子电池体系中,有机溶剂必须在低电位下稳定或不和锂 片反应。
因此必须为非质子溶剂;同时极性必须高,以溶解足够的锂盐,得 到高的电导率。
图l为分别含 0％、2％、5％、7％2一甲氧基萘添加剂的锂离子电池以 0.05C的电流恒流充电4h，电压上限为3.65V，再用 0.1C的电流再次恒流充电 4h，电压上限为3.65V的电压／容量曲线；开始充电时电压瞬间升至2.25V，然 后上升趋势减缓，出现了一个短暂的小平台，平台结束后，电压瞬间升高至 3.1V，之后电压升势变缓，最终完成充电。
CONTENT
01 背景
02 对锂离子电池电解质溶质的研究
03
对锂离子电池电解液中有机溶剂的 研究
04
对锂离子电池电解液中添加剂 的研究
01 背景 PART ONE
02 PART TWO
对锂离子电池电解质溶质的研究
电解质溶质需要满足以下几点要求:
（1）溶质需要能够完全的溶解在非水溶剂中，并且溶解后的电解液中的 离子(特别是锂离子)需要有足够大的迁移速率。
（2）锂盐有较好的热稳定性和电化学稳定性；
( 3 ) 阴离子在阴极表面需要有不会发生氧化分解，有足够的稳定性；
( 4 ) 阴离子不能够和电解液中的溶剂发生反应；
( 5 ) 不管是阴离子还是阳离子在整个电池中保持惰性，不和电池中其它组 成部分，例如:电池隔膜、电极材料、电池包装材料发生反应；
（6）阳离子应该是无毒的，并且不会和溶剂或者其他电池成分发生反应。
改善电解液 热稳定性添
加剂
过充保护添加剂
原因：当锂离子电池体系过 充电时，由于电池内部电压 随极化增大而迅速升高，从 而引发正极活性物质结构的 不可逆变化及电解液的氧化 分解反应，则负极会发生过 多的锂沉积，这将导致负极 材料结构的破坏，在短时间 内电池内部产生大量气体并 放出大量的热量，使得电池 的内压和温度迅速上升，进 而会引起电解液的燃烧甚至 电池的爆炸等不安全隐患。
在低温环境下，LiPF6由于电导率降低、SEI膜阻抗增加及离 子传递阻抗增加等原因，无法满足锂离子电池在更广泛的温度范 围内的应用要求。
（2）双草酸硼酸锂(LiBOB)
优点 缺点
晶状的LiBOB比之前的锂盐更稳定。 能够在更宽的电化学窗口稳定存在。
它的分解温度达到302℃，具有很好的热稳定性。
具有很好的过冲忍耐力。
形成的SEI膜阻抗太大。 它的离子电导率和溶解度都不高。 存在安全隐患。
（3）新型锂盐—二氟二草酸硼酸锂 (LiODFB)
优点： （1）在宽的温度范围内有较好的 离子电导率；
（2）可以在锂金属表面和石墨材 料表面形成高效的保护膜；
（3）在高电位下能够钝化铝箔；
（4）高温性能优异；
缺点： 与其它锂盐类似，LiODFB对环
感谢各位聆听
Thanks for Listening
境要求较高，比如在高水分的环境中， 草酸根的五元环发生开环反应形成CO-COOH基团。此开环反应在电池 首次循环中会形成1.5V的充电平台， 造成首次充放电效率降低。
（5）在低温下的循环性能和倍率 性能较好；
（6）热稳定性良好，分解温度高；
（7）易溶解于线形碳酸脂中，所 形成的电解液具有更低的黏度和更 高的润湿性。
通常所使用的二 元溶剂体系一般是有 环状碳酸酯［碳酸乙 烯酯（EC）、碳酸丙 烯酯（PC）等］和链 状碳酸酯［（碳酸二 甲酯（DMC）、碳 酸二乙酯（DEC）、 碳酸甲乙酯（EMC） 等］组成。
碳酸丙烯酯对具有各向 异性的、层状结构的各种石 墨类碳材料的兼容性较差， 放电时发生剧烈的还原分解 反应产生丙烯，导致石墨片 层剥离，破坏石墨的电极结 构，使电池的循环寿命大大 降低，因此一般不用碳酸丙 烯酯作为电解液组分。