锂离子电池电解液材料及生产工艺详解

锂离子电池电解液材料及生产工艺详解液体电解液生产工艺---流程图

电解液生产工艺---精馏和脱水

–对于使用的有机原料分别采取精馏或脱水处理以达到锂电池电解液使用标准。

–在精馏或脱水阶段，需要对有机溶剂检测的项目有：纯度、水分、总醇含量。

液体电解液生产工艺---产品罐

–在对有机溶剂完成精馏或脱水后，检测合格后经过管道进入产品罐、等待使用。

–根据电解液物料配比，在产品罐处通过电子计量准确称取有机溶剂。

–如果产品罐中的有机溶剂短时间未使用，需要再次对其进行纯度、水分、总醇含量的检测，继而根据生产的需要准确进入反应釜。

体电解液生产工艺---反应釜

–依据物料配比和加入先后顺序，有机溶剂依次加入反应釜充分搅拌、混匀，然后通过锂盐专用加料口或手套箱加入所需的锂盐和电解液添加剂。

–在加入物料开始到结束,应控制反应釜的搅拌速度、釜内温度等。不同的物料配比搅拌混匀的时间不同，但都必须使电解液混合均匀，此时对电解液检测的项目有：水分、电导率、色度、酸度

液体电解液生产工艺---灌装

–经检测合格的液体电解液被灌入合格的包装桶，充入氩气保护，最终进入仓库等待出厂。

–由于电解液自身的物理、化学性质等因素，入库的电解液应在短时间内使用，防止环境等因素导致电解液的变质

液体电解液---使用注意事项

–电解液桶有氩气保护，有一定压力，在使用中切勿拆卸气相阀头和液相阀头，也不允许随意按下快开接头的凸头，以免造成泄漏或其它危险。接管时一定要戴防护眼罩，使用时一定要使用专用快开接头

–检测合格的电解液建议一次性用完，开封的电解液很容易因为没有气氛保护等原因而变质，请客户在使用过程中注意及时充入氩气保护，防止变色电解液不建议使用玻璃器皿盛放，玻璃的主要成分是氧化硅，氧化硅和氢氟酸反应生成腐蚀性、易挥发的气体四氟化硅，此气体有毒会对人造成伤害

–现场可以使用的电解液容器和管道材料包括：不锈钢、塑料PP/PE、四氟乙烯等

–本产品对人体有害，有轻微刺激和麻醉作用。使用过程中避免身体直接接触

液体电解液的组成

–有机溶剂

–锂盐

–添加剂

有机溶剂---有机溶剂的选择标准

–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

–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，从而保证高的电导率

–熔点低、沸点高，从而使工作温度范围较宽

–与电极材料有较好的相容性，即电极能够在电解液中表现出优良的电化学性能

–电池循环效率、成本、环境因素等方面的考虑

液体电解液的组成---有机溶剂

–碳酸酯

–醚

–含硫有机溶剂

–其它

有机溶剂---碳酸酯

碳酸酯类溶剂具有较好的电化学稳定性且熔点较低，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：

–环状碳酸酯PC和EC

–链状碳酸酯DMC、EMC、DEC

有机溶剂---醚

醚类有机溶剂黏度较小，但是醚类性质活泼，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来提高电解液的电导率。醚类溶剂就其结构而言，也可以分为两类：–环状醚THF

–链状醚DME

有机溶剂---含硫有机溶剂

锂离子电池所使用的含硫有机溶剂主要有两类，分别是：

–砜类DMSO和EMS

–亚硫酸酯ES 和PS

有机溶剂---其它

–羧酸酯类

–氟代、氯代的碳酸酯

锂盐---选择锂盐的标准

–在有机溶剂中有足够高的溶解度，以保证电解液具有较高的电导率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

–具有较好的环境亲和性，分解产物对环境污染小

–易于制备和纯化，生产成本低

液体电解液的组成---锂盐

–无机锂盐

–有机锂盐

–新型的硼酸锂盐

无机锂盐---LiClO4

–构成的电解液电导率较高，热稳定性强，但是结构中的氯处在最高价态，使阴离子具有较强的氧化性，在高温等条件下容易与有机溶剂发生强烈反应，带来安全隐患。

无机锂盐---LiAsF

–是一种性能优良的锂盐，与醚类有机溶剂构成的电解液具有非常高的电导率，但是它的还原产物含有剧毒As，具有致癌作用，环境污染严重且价格偏高。

无机锂盐---LiBF4

–由于BF4半径较小，容易缔合，形成电解液的电导率较小因而很少使用。

–在高温、低温情况下，LiBF4的电化学性能会比LiPF6、LiAsF6优异。

无机锂盐---LiPF6

–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，阴极的分解电压达5.1V，远高于锂离子电池要求的4.2V，且不腐蚀铝集流体。

–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。例如在80 ℃可能发生分解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ROCOOR+PF5→RF+R1OR2+烯烃+CO2

有机锂盐

–常见的有机锂盐LiCF3SOLiN(CF3SO2)2LiC(SO2CF3)3

–一般具有较大的半径，电荷分布比较分散，电子离域化作用强，这样可以减小锂盐的晶格能，消弱正负离子之间的相互作用，增大溶解度，同时也有助于热稳定性和电化学性能的提高。

–但是它们都会在一定的电压条件下腐蚀铝集流体，因此限制了它们的使用。

新型的硼酸锂盐LiBOB

–LiBOB中硼原子同具有强烈吸电子能力的草酸根中的氧原子相连，电荷分布比较分散，使得它的电化学稳定性较好。

– 与LiPF6相比，LiBOB在第一次充放电过程中不可逆容量较低，50℃高温下的循环性能比较优越，形成的钝化膜更加有利于抑制石墨的剥离。

–LiBOB在有机溶剂中的溶解度不高且纯化较难

添加剂一般具有以下特点

–较少用量即能改善电池的一种或几种性能

–对电池性能无副作用

–与有机溶剂有较好的相溶性

–价格相对较低

–无毒性或毒性较小

–不与电池中其它材料发生副反应

常见添加剂的类型

–负极的成膜添加剂