锂电离子电池电解液基本概念
锂离子电池电解液成分比例
锂离子电池电解液成分比例
摘要：
1.锂电池电解液的概述
2.锂电池电解液的主要成分
3.锂电池电解液成分的比例
4.锂电池电解液的创新与发展
5.结论
正文：
一、锂电池电解液的概述
锂电池电解液是锂离子电池的重要组成部分，其主要作用是在电池内部传递锂离子，从而实现电能的储存和释放。
与传统的水电解液相比，锂电池电解液采用非水电解液体系，以满足锂离子电池高电压、高能量密度的要求。
二、锂电池电解液的主要成分
锂电池电解液主要由三部分组成，包括溶剂、锂盐和添加剂。
其中，溶剂是电解液的主要成分，占电解液总质量的80%~85%；锂盐占10%~12%，主要起到传递锂离子的作用；添加剂占3%~5%，主要用于改善电解液的性能，如抗氧化性、抗还原性等。
三、锂电池电解液成分的比例
在锂电池电解液中，溶剂、锂盐和添加剂的质量占比分别为80%~85%、10%~12% 和3%~5%。
这些成分的比例对于锂电池的性能至关重要，不同的比例会导致电解液的离子电导率、稳定性等性能产生较大差异。
因此，在生产
锂电池时，需要根据电池的具体要求，选用适当比例的电解液成分。
四、锂电池电解液的创新与发展
随着锂离子电池在能源领域的广泛应用，对锂电池电解液的性能要求也越来越高。
为了满足这些要求，研究人员在电解液的成分、结构等方面进行了大量创新。
例如，开发新型锂盐和添加剂，以提高电解液的离子电导率、稳定性等性能；深入研究锂离子电池中涉及的界面化学过程及机理，以提高电池的循环性能等。
五、结论
锂电池电解液是锂离子电池的关键组成部分，其成分和比例对电池性能具有重要影响。
锂电池电解液基础知识
锂离子电池电解液1 锂离子电解液概况电解液是锂离子电池四大关键材料（正极、负极、隔膜、电解液）之一，号称锂离子电池的“血液”，在电池中正负极之间起到传导电子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。
电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐（六氟磷酸锂，LiFL6）、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。
有机溶剂是电解液的主体部分，与电解液的性能密切相关，一般用高介电常数溶剂与低粘度溶剂混合使用；常用电解质锂盐有高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等，但从成本、安全性等多方面考虑，六氟磷酸锂是商业化锂离子电池采用的主要电解质；添加剂的使用尚未商品化，但一直是有机电解液的研究热点之一。
自1991年锂离子电池电解液开发成功，锂离子电池很快进入了笔记本电脑、手机等电子信息产品市场，并且逐步占据主导地位。
目前锂离子电池电解液产品技术也正处于进一步发展中。
在锂离子电池电解液研究和生产方面，国际上从事锂离子电池专用电解液的研制与开发的公司主要集中在日本、德国、韩国、美国、加拿大等国，以日本的电解液发展最快，市场份额最大。
国内常用电解液体系有EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC等。
不同的电解液的使用条件不同，与电池正负极的相容性不同，分解电压也不同。
电解液组成为lmol/L LiPF6/EC+DMC+DEC+EMC，在性能上比普通电解液有更好的循环寿命、低温性能和安全性能，能有效减少气体产生，防止电池鼓胀。
EC/DEC、EC/DMC电解液体系的分解电压分别是4.25V、5.10V。
据Bellcore研究，LiPF6/EC+DMC与碳负极有良好的相容性，例如在Li x C6/LiMnO4电池中，以LiPF6/EC+DMC为电解液，室温下可稳定到4.9V，55℃可稳定到4.8V，其液相区为-20℃～130℃，突出优点是使用温度范围广，与碳负极的相容性好，安全指数高，有好的循环寿命与放电特性。
【锂电池 专家课件】锂电池电解液综述
不同, 晶体成核和长大的速度不同。对BOB- 这种弱配位离子,低粘度溶剂 是得到高电导率的关键。
康晓丽, 仇卫华, 刘兴江.电源技术。2008年，32卷，11期，804.
• 按阴离子中心原子的不同划分，则可分为磷系锂盐，硼系锂盐，甲基系 列锂盐，亚胺系列锂盐以及其它导电锂盐。
• 已报道的可用于锂离子电池的锂盐有很多，大体上可分为有机盐和无机 盐。目前较常用的是无机阴离子导 电锂盐 ，主要为LiPF6 、LiBOB 、 LiBF4 、LiTFSI等几种；
磷系列锂盐-LiPF6
LiBOB的缺点
• LiBOB存在的缺点主要有以几个方面： • (1)电导率的问题[1] • LiBOB在部分低介电常数的溶剂中(特别是线性碳酸酯类)几乎不溶解。例
如，它在EC／DMC(3：7)的混合溶液中的溶解度只有0.80 mol／L，；而且 LiBOB在碳酸酯混合物中的电导率小于常用的LiPF6电解液。 • LiBOB电解液体系的低温性能也不如LiPF6。如1 mol/Kg LiBOB／EC-DMC溶 液在-20℃时只能维持室温条件下能量的19％，而LiPF6却能维持74％。解 决这些问题需要优化电解液(特别是溶剂)的组分和组成；已有研究表明， 在EC-EMC中加入PC，则能显著提高LiBOB电解液的低温性能。
LiBOB电解液的特性
• 3.铝的完美钝化 • 用作集流体的铝由于质量轻、耐腐蚀、成本低等 特点，存锂离子蓄电池中有着不可替代的作用。 铝的保护主要是靠其表面生成的钝化膜，而非水 溶液中生成的钝化膜的成分、结构主要是由溶质 决定。因此，用作锂离子蓄电池的盐或电解液在 高电压下不能腐蚀铝，这是它们能够得到应用的 基木要求。 • 例如：具有良好综合性质的LiN(CFSO3)2由于腐蚀 铝，限制了它在锂离子二次电池中的使用。
锂电池电解液详解
2.4.6 阻燃添加剂
高沸点、高闪点和不易燃的溶剂
(1)有机磷化物 如：磷酸三甲酯，磷氮烯(Phosphazene)
(2)有机氟代化合物 如： CH2F-EC、CHF2-EC和CF3-EC
(3)卤代烷基磷酸酯 烷基磷酸酯中的部分氢原子用氟原子取代
2.4.7 多功能添加剂
具有上述一种或多种功能的添加剂
锂电极表面SEI膜的生成过程示意图
负极表面的SEI膜FTIR光谱分析
正极表面的SEI膜FTIR光谱分析
气体添加剂；CO2, SO2等
无机成膜添加剂
成
固体添加剂；Li2CO3 等
膜
添
碳酸酯
VC：碳酸亚乙烯酯等
加
剂
有机成膜添加剂
硫代有机溶 ES 亚硫酸乙烯酯等
卤代有机成 膜添加剂
卤代EC 氯甲酸甲酯
LiPF3(C2F5)3, Li(C4F9SO2)(CF3SO2)N等 LiBOB 等
备注 应用最广 不稳定，电导率低 高温或高电压危险 有毒
腐蚀集流体
合成困难或价格昂贵 成膜性能好，溶解度 低
解离常数大小为LiN(CF3SO2)2 > LiAsF6 > LiPF6> LiClO4> LiBF4>LiCF3SO3 离子导电性大小为LiAsF6 > LiPF6> LiN(CF3SO2)2 > LiClO4 > LiBF4> LiCF3SO3 热稳定性顺序为LiAsF6～ LiCF3SO3 > LiBF4 > LiClO4 ～ LiN(CF3SO2)2> LiPF6
- 155.9 >300 >100
Y
Li+[N SO2CF3)2]简称LiTPSI
锂离子电池电解液知识
电解液的几个理论问题
锂盐溶解过程对有机电解液电导率的影响
有机溶剂对离子溶剂化作用越强，锂盐 在有机溶剂中的溶解度越大。
有机溶剂如EC、PC、DEC和DMC等都是 阳离子接受体，直接影响阳离子的溶剂 化过程。一些阴离子接受体的硼基化合 物能够和阴离子形成配位作用，从而使 锂盐阴离子发生强烈的溶剂化，只需添 加少量就能明显提高锂盐的溶解度和电 解液的电导率。
电解液的组成与作用—有机溶剂
醚类有机溶剂 环状醚
四氢呋喃（THF）、2-甲基四氢呋喃 （2MeTHF）、1,3-二氧环戊烷(DOL)和4甲基-1,3-二氧环戊烷(4MeDOL)
易开环聚合，热力学上不稳定的，会发 生分子重排反应。
电解液的组成与作用—有机溶剂
醚类有机溶剂 链状醚
二甲氧甲烷(DMM)、1,2-二甲氧乙烷 (DME)、1,2-二甲氧丙烷(DMP)和DG （diglyme，二甘醇二甲醚）
电解液的几个理论问题
锂盐浓度对电导率的影响
锂盐的浓度越大，导电离子数增加，电 导率有增加的趋势，另一方面，随着锂 盐浓度的增加阴阳离子发生复合的几率 越大，电导率有降低的趋势，电导率通 常在电解液的浓度接近1M时有最大值。
电解液的几个理论问题
溶剂粘度对有机电解液电导率的影响
电解液电导率的大小与溶剂的粘度成反比，要 获得足够的电导率，电解液必须具有较低的粘 度。
锂离子电池的结构与原理
二次锂离子电池原理图
锂离子电池的结构与原理
典型的锂二次电池放电曲线图
电解液的几个理论问题
电导率是电解液的特性表征参数之一，决定了电 池的内阻和倍率特性，可以表示为：
K Zi 2 FCi
i 6ri
锂电池高压电解液(3篇)
第1篇一、引言随着全球能源需求的不断增长和环保意识的提高，锂电池因其高效、环保、便携等优点，成为新能源汽车、储能系统等领域的重要能源载体。
而锂电池的高压电解液作为电池的关键组成部分，对电池的性能、安全性及循环寿命具有重要影响。
本文将详细介绍锂电池高压电解液的关键技术及其未来发展。
二、锂电池高压电解液概述1. 定义锂电池高压电解液是指在电池工作过程中，起到导电、传递电荷、溶解锂离子等作用的液体介质。
它主要由溶剂、电解质、添加剂等组成。
2. 分类根据溶剂的种类，锂电池高压电解液可分为有机电解液和无机电解液两大类。
有机电解液主要包括酯类、醚类、酮类等，无机电解液主要包括无机盐类、金属卤化物等。
三、锂电池高压电解液关键技术1. 溶剂（1）酯类溶剂：酯类溶剂具有较好的溶解性和电导率，是目前应用最广泛的有机溶剂。
但酯类溶剂易挥发、易燃，存在一定的安全隐患。
（2）醚类溶剂：醚类溶剂具有良好的溶解性和电导率，且具有较低的介电常数，有利于提高电池的能量密度。
但醚类溶剂的氧指数较低，存在一定的安全隐患。
（3）酮类溶剂：酮类溶剂具有良好的溶解性和电导率，且具有较低的介电常数。
但酮类溶剂的毒性较大，不利于环保。
2. 电解质电解质是锂电池高压电解液中的主要成分，其性能直接影响电池的容量、循环寿命和安全性。
目前，常用的电解质有六氟磷酸锂（LiPF6）、碳酸锂（Li2CO3）、氯化锂（LiCl）等。
3. 添加剂添加剂在锂电池高压电解液中起到改善电池性能、提高安全性等作用。
常见的添加剂有抗老化剂、抗析锂剂、导电剂等。
4. 电解液配方优化电解液配方优化是提高锂电池性能的关键技术之一。
通过优化溶剂、电解质、添加剂等成分的比例，可以实现以下目标：（1）提高电池能量密度：通过选用合适的溶剂和电解质，降低电解液的介电常数，提高电池的能量密度。
（2）提高电池循环寿命：通过选用合适的添加剂，降低电池的界面阻抗，提高电池的循环寿命。
（3）提高电池安全性：通过选用合适的溶剂和添加剂，降低电池的热稳定性，提高电池的安全性。
锂电池电解液基础知识
锂电池电解液基础知识锂离⼦电池电解液1 锂离⼦电解液概况电解液是锂离⼦电池四⼤关键材料（正极、负极、隔膜、电解液）之⼀，号称锂离⼦电池的“⾎液”，在电池中正负极之间起到传导电⼦的作⽤，是锂离⼦电池获得⾼电压、⾼⽐能等优点的保证。
电解液⼀般由⾼纯度的有机溶剂、电解质锂盐（六氟磷酸锂，LiFL6）、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。
有机溶剂是电解液的主体部分，与电解液的性能密切相关，⼀般⽤⾼介电常数溶剂与低粘度溶剂混合使⽤；常⽤电解质锂盐有⾼氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等，但从成本、安全性等多⽅⾯考虑，六氟磷酸锂是商业化锂离⼦电池采⽤的主要电解质；添加剂的使⽤尚未商品化，但⼀直是有机电解液的研究热点之⼀。
⾃1991年锂离⼦电池电解液开发成功，锂离⼦电池很快进⼊了笔记本电脑、⼿机等电⼦信息产品市场，并且逐步占据主导地位。
⽬前锂离⼦电池电解液产品技术也正处于进⼀步发展中。
在锂离⼦电池电解液研究和⽣产⽅⾯，国际上从事锂离⼦电池专⽤电解液的研制与开发的公司主要集中在⽇本、德国、韩国、美国、加拿⼤等国，以⽇本的电解液发展最快，市场份额最⼤。
国内常⽤电解液体系有EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC等。
不同的电解液的使⽤条件不同，与电池正负极的相容性不同，分解电压也不同。
电解液组成为lmol/L LiPF6/EC+DMC+DEC+EMC，在性能上⽐普通电解液有更好的循环寿命、低温性能和安全性能，能有效减少⽓体产⽣，防⽌电池⿎胀。
EC/DEC、EC/DMC电解液体系的分解电压分别是4.25V、5.10V。
据Bellcore研究，LiPF6/EC+DMC与碳负极有良好的相容性，例如在Li x C6/LiMnO4电池中，以LiPF6/EC+DMC为电解液，室温下可稳定到4.9V，55℃可稳定到4.8V，其液相区为-20℃～130℃，突出优点是使⽤温度范围⼴，与碳负极的相容性好，安全指数⾼，有好的循环寿命与放电特性。
锂电池电解液基础知识
锂离子电池电解液1 锂离子电解液概况电解液是锂离子电池四大关键材料（正极、负极、隔膜、电解液）之一，号称锂离子电池的“血液”，在电池中正负极之间起到传导电子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。
电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐（六氟磷酸锂，LiFL6）、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。
有机溶剂是电解液的主体部分，与电解液的性能密切相关，一般用高介电常数溶剂与低粘度溶剂混合使用；常用电解质锂盐有高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等，但从成本、安全性等多方面考虑，六氟磷酸锂是商业化锂离子电池采用的主要电解质；添加剂的使用尚未商品化，但一直是有机电解液的研究热点之一。
自1991年锂离子电池电解液开发成功，锂离子电池很快进入了笔记本电脑、手机等电子信息产品市场，并且逐步占据主导地位。
目前锂离子电池电解液产品技术也正处于进一步发展中。
在锂离子电池电解液研究和生产方面，国际上从事锂离子电池专用电解液的研制与开发的公司主要集中在日本、德国、韩国、美国、加拿大等国，以日本的电解液发展最快，市场份额最大。
国内常用电解液体系有EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC等。
不同的电解液的使用条件不同，与电池正负极的相容性不同，分解电压也不同。
电解液组成为lmol/L LiPF6/EC+DMC+DEC+EMC，在性能上比普通电解液有更好的循环寿命、低温性能和安全性能，能有效减少气体产生，防止电池鼓胀。
EC/DEC、EC/DMC电解液体系的分解电压分别是4.25V、5.10V。
据Bellcore研究，LiPF6/EC+DMC与碳负极有良好的相容性，例如在Li x C6/LiMnO4电池中，以LiPF6/EC+DMC为电解液，室温下可稳定到4.9V，55℃可稳定到4.8V，其液相区为-20℃～130℃，突出优点是使用温度范围广，与碳负极的相容性好，安全指数高，有好的循环寿命与放电特性。
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有机溶剂的选择标准
1.有机溶剂对电极应该是惰性的，在电池的充放 电过程中不与正负极发生电化学反应，稳定性好
2.有机溶剂应该有较高的介电常数和较小的黏度 以使锂盐有足够高的溶解度，保证高的电导率
但是砜类的熔点高和黏度大，成为它的最大缺点。
常见溶剂的物理性质
有机溶剂 沸点 EC 248 DMC 90 EMC 108 DEC 127 PC 241.7 MPC 130
DMSO 189 GBL 206
熔点 闪点 黏度 相对介电常数
36 150 1.86
89.6
3 15 0.59
3.1
-55 23 0.65
常用锂盐
LiClO4 LiAsF6 LiBF4 LiPF6 LiCF3SO3 LiN(CF3SO2)2 LiC(SO2CF3)3 新型的硼酸锂盐
几种常用锂盐的简单性能对比
❖ LiBF4：低温性能比较好，但是价格昂贵和溶解度 比较低；
❖ LiPF6：综合性能比较好，缺点是易吸水水解，热 稳定性差；
3.熔点低、沸点高、蒸气压低，从而使工作温度 范围较宽
4.与电极材料有较好的相容性，电极在其构成的 电率、成本、环境因素等方面的考虑
锂离子电池所使用的有机溶剂
1.碳酸酯类 2.羧酸酯类 3.醚类有机溶剂 4.含硫有机溶剂
1 碳酸酯类
碳酸酯类溶剂具有较好的电化学稳定性、较高的闪点 和较低的熔点在锂离子电池中得到广泛的使用。碳酸 酯类的溶剂就其结构而言，主要分为两类： 1.环状碳酸酯 PC和EC 2.链状碳酸酯 DMC、EMC、DEC
3
醚类有机溶剂
醚类有机溶剂介电常数低，黏度较小，但 是醚类的性质活泼，抗氧化性不好，故不 常用作锂离子电池电解液的主要成分，一 般做为碳酸酯的共溶剂或添加剂使用来提 高电解液的电导率.
4 含硫有机溶剂
含硫溶剂中最有可能在锂离子电池中使用的是砜类。 但是大部分砜类室温下为固体，只有与其它溶剂混 合才能构成液体电解液。此外砜类溶剂一般具有非 常高的稳定性和库仑效率，有利于提高电池的安全 性和循环性能。
2.保护碳材料的表面，即在碳负极表面形 成钝化膜或称之为SEI膜（solid electrolyte interface)
石墨负极三种不同的结构变化
还原反应的破坏与保护
破坏——溶剂化锂离子穿越电极/电解液相界面直 接进入碳材料层间。嵌层的溶剂分子在更低的电 位下还原分解生成锂盐沉淀在石墨层间，同时生 成大量气体导致碳材料结构发生层离。
保护——溶剂化的锂离子也在碳负极表面获得电子 而发生还原分解反应，这样的过程同样有锂盐和气 体生成，但是生成的锂盐电介质会沉积在碳负极表 面形成钝化膜，阻止溶剂嵌入还原。
关于碳负极表面的SEI膜，必须明确以下4个 方面： 1.SEI膜的形成机制 2.SEI膜的结构与形成SEI膜的反应 3.SEI膜的结构和导Li＋机理 4.SEI膜的电极界面稳定性
❖ LiAsF6：综合性能比较好，但是毒性太大； ❖ LiClO4：综合性能比较好，但是强氧化性导致安
全性不高； ❖ LiBOB：高温性能比较好，尤其能拟制溶剂对负
极的插入破坏，但是溶解度太低。
LiPF6的优点
由于PF6-的缔合能力较差，形成LiPF6电解液的 电导率 较大，高于其它所有无机锂盐。此外它 的电化学稳定性强，阴极的稳定电压达5.1V， 远高于锂离子电池要求的4.2V，且不腐蚀铝集 流体，综合性能优于其它锂盐。
SEI膜的形成机理模型：
常见电解质添加剂
1.负极的成膜添加剂 2.过充保护的添加剂 3.阻燃添加剂 4.稳定剂 5.提高电导率的添加剂 6.高低温性能添加剂
电极/电解液界面
1 负极与电解液界面
负极的碳材料在电池首次充放电过程中 不可避免的要与电解液发生反应。
1.破坏碳负极的结构发生的反应将导致碳 材料的结构发生变化
2.9
-43 33 0.75
2.8
-49.2 135 2.530
64.4
-43 36 0.78
2.8
18.4
1.991
42.5
-42 104 1.751
39.1
锂电池性能优良的锂盐特点：
1.锂盐在有机溶剂中有足够高的溶解度，缔合度小， 易于解离，以保证电解液具有较高的电导率。 2.阴离子具有较高的氧化和还原稳定性，在电解液 中稳定性好，还原产物有利于电极钝化膜的形成。 3.具有较好的环境亲合性，分解产物对环境污染小. 4.易于制备和纯化，生产成本低。
锂离子电池电解 质溶液
电解液的组成 电解液/电极界面 电解液的发展方向
电解液生产工艺
电解液的组成 溶剂+锂盐
电解液的选择
由于锂离子电池负极的电位与锂接近，比较活泼，在 水溶液体系中不稳定，必须使用非水、非质子性有 机溶剂作为锂离子的载体。
电解质锂盐是提供锂离子的源泉，保证电池在充放电 循环过程中有足够的锂离子在正负极来回往返，从 而实现可逆循环。因此必须保证电极与电解液之间 没有副反应发生。
LiPF6的缺点
LiPF6的热稳定性不如其它锂盐，即使在高纯状态下也
能发生分解。
LiPF6 → LiF+PF5
生成的气态PF5具有较强的路易斯酸性，会与溶剂分子
中氧原子上的孤电子对作用使溶剂发生分解反应
反应过程中将产生二氧化碳等气体使电池内压增加， 带来不安全的因素。
关于添加剂
添加剂一般具有以下特点 ： 1.较少用量即能改善电池的一种或几种性能 2.对电池性能无副作用 3.与有机溶剂有较好的相溶性 4.价格相对较低 5.无毒性或毒性较小 6.不与电池中其它材料发生副反应
SEI膜形成机制
1.在一定的负极电位下，到达电极/电解液相界面的锂离 子与电解液中的溶剂分子、锂盐阴离子、添加剂，甚至 是杂质分子，在电极/电解液相界面发生不可逆反应。 2.不可逆反应主要发生在电池首次充电过程中。 3.在电池首次充电过程中，碳负极表面先于Li+插层建立 完善、致密、Li＋可导的SEI膜。 4.电极表面完全被SEI膜覆盖后，不可逆反应即停止。 5.一旦形成稳定的SEI膜，充放电过程可多次循环进行。