锂离子电池新型电解液添加剂研究与开发

发布时间：2020-06-18 17:30所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次

摘要：锂电池的广泛使用，产业迅速扩大，为锂电池的技术的更新产生了强大的动力，现阶段正负极材料，隔膜技术正在更新换代中，锂电池的不同的使用条件，要求锂电池具有不同的特性，电解液是锂电池的重要组成部分，锂电池功能的发挥需要电解液添加特殊添加剂

　　摘要：锂电池的广泛使用，产业迅速扩大，为锂电池的技术的更新产生了强大的动力，现阶段正负极材料，隔膜技术正在更新换代中，锂电池的不同的使用条件，要求锂电池具有不同的特性，电解液是锂电池的重要组成部分，锂电池功能的发挥需要电解液添加特殊添加剂对电池性能如工作电压、能量密度、寿命、温度范围、安全性能等。故各种功能添加剂的研究显得尤为重要，现阶段主要有成膜添加剂、阻燃添加剂、导电添加剂和高低温添加剂，多功能添加剂，磺酸酯、硼酸酯、磷酸酯、氟代碳酸酯、腈类、酸酐和锂盐等添加剂逐渐成为热点。

　　关键词：锂离子电池;电解液;添加剂;阻燃剂

　　1引言

　　介绍了锂离子电池电解液添加剂的研究现状，将添加剂分为成膜添加剂、阻燃添加剂、加剂和多功能添加剂四类，引进新型成膜添加剂，使用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗技术验证该添加剂的性能，结果表明有效的成膜添加剂不仅能提高电极的可逆容量，而且能显著提高电极的倍率充放电性能。

　　化学论文投稿刊物：《化学学报》(月刊)创刊于1953年，由中国化学会主办。刊载化学各学科领域基础研究和应用基础研究的原始性、首创性成果，涉及物理化学、无机化学、有机化学、分析化学和高分子化学等，目前设以下4个栏目。

　　2添加剂概述

　　从作用机制上看，添加剂可以分为成膜添加剂、阻燃添加剂、导电添加剂和多功能添加剂。成膜添加剂用于在电池首次充电过程中形成优良的固体电解质相界面(SEI)膜，实现电解液与电极间良好的相容性，从而拓宽电解液的种类和锂离子电池的使用范围。有机成膜添加剂包括亚硫酰基添加剂、磺酸酯添加剂、卤代有机化合物和碳酸酯类化合物。目前报道的无机成膜添加剂种类很少，除CO2、SO2这些气体添加剂以外，无机固体添加剂只有Li2CO3和NaCIOs.

　　阻燃添加剂能够在受热时释放出具有阻燃性能的自由基，该自由基可以捕获气相中的氢自由基或氢氧自由基，从而阻止氢氧自由基的链式反应，使有机电解液的燃烧无法进行或难以进行，提高锂离子电池的安全性能。目前，用作锂离子电池电解液阻燃添加剂的化合物大多为有机磷化物、有机卤化物和磷-卤、磷~氮复合有机化合物，我们分别称之为磷系阻燃剂、卤系阻燃剂和复合阻燃剂。

　　导电添加剂的作用是添加剂分子与电解质离子发生配位反应，促进锂盐的溶解和电离，减小溶剂化锂离子的Stokes半径。这些配体添加剂按其在电解液中与电解质离子的作用情况可分为阳离子配体、阴离子配体和中性配体。

　　同时具有以上两种功能的添加剂称之为多功能添加剂。多功能添加剂是锂离子电池的理想添加剂，这类添加剂可以从多方面改善电解液的性能，对提高锂离子电池整体电化学性能具有突出的作用，正在成为未来添加剂研究和开发的主攻方向。

　　3新型添加剂的性能

　　天然石墨在1mol/LLiCO/EC+DEC电解液中使用添加剂P前后的循环伏安结果对比，可见使用0.01mol/L的添加剂P可以显著改善天然石墨的电化学嵌脱锂性能，电解液在0.7V附近强烈的还原反应得到抑制，电极嵌脱锂容量显著提高。天然石墨在1mol/LLiCOJEC+DEC电解液中使用添加剂P前后的恒电流充放电结果对比(充放电电流密度为15mA/g)，可以看出，添加剂的使用使天然石墨在首次充电过程中的不可逆容量从200mAh/g下降到90mAh/g，电极的可逆容量从228mAh/g提高到.294mAh/g，首次循环过程的库仑效率从53.1%提高到75.5%。

　　天然石墨在1mol/LLiCO4/EC+DEC电解液中使用添加剂P前后不同电流密度条件下的循环性能对比。可以看出，在快速充放电(150mA/g)条件下，不使用添加剂时，石壘电极的容量从228mAh/g下降至130mAh/g，说明此时石墨电极的倍率充放电性能差，快速充放电导致电极容量的显著降低。在电解液中使用少量添加剂后，充放电电流密度从15mAg提高到150mA/g，电极的容量从300mAh/g左右下降至275mAh/g，仍然能够保持90%以上的容量，表明添加剂还能够显著改善石墨电极的倍率充放电性能。

　　4结语

　　上述研究结果表明，要进--步提高锂离子电池的性能，选择新型添加剂修饰电解液体系仍然是当前最简便、最有效也是最经济的途径之一，需要指出的是，这里我们所报道的新型添加剂只是我们最近所发现的一系列新型添加剂中的一种，大量深入的研究工作正在进行。

　　参考文献:

　　1郑洪河，秦建华，等.锂离子电池电解液添加剂的发展与展望[J]化学通报，2004印刷中.

　　2郑洪河，秦建华，等.锂离子电池阻燃添加剂研究[J].电池，2004，印刷中.

　　3锂离子电池电解液负极成膜添加剂研究进展[J].蔡宗平，许梦清，李伟善，左晓希，周代营.电池工业.2008(01)

　　4锂离子电池——应用与实践[M].化学工业出版社，吴宇平等编著，2004

　　作者：周亚辉高雪

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