锂电池电解液介绍 PPT

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.
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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。 但是砜类的熔点高和黏度大成为它的最大缺点
锂离子电池电解液
电解液生产工艺 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
包装桶 预处理 水洗
工业级原料
高纯级原料
脱水脱醇 精馏
检测
检测
检测 ຫໍສະໝຸດ Baidu制 检测
烘干
氩气置换 检测
精制 LiPF6
灌装
成品入库
精馏或脱水
产品罐 反应釜
手套箱
灌装出厂
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。但是受到 化工工艺和安全性问题的制约，仅仅对EC 和DEC采取精馏的方式进行提纯处理，其余 的有机溶剂均采用脱水处理达到使用标准。
还原反应的破坏与保护
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 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
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
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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
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电解液的组成
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。
为了满足以上要求就需要在电解液生产过程中控制有 机溶剂和锂盐的纯度和水分等指标，以确保电解液在 电池工作时充分、有效的发挥作用
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
LiClO4 LiAsF6
有机溶剂 EC DMC EMC DEC PC MPC DMSO GBL
沸点 248 90 108 127 241.7 130 189 206
熔点 39 3 -55 -43 -49.2 -43 18.4 -42
闪点 150 15 23 33 135 36 104
黏度 1.86 0.59 0.65 0.75 2.530 0.78 1.991 1.751
相对介电常数 89.6 3.1 2.9 2.8 64.4 2.8 42.5 39.1
有机溶剂选择标准
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 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 电解液中能够表现出优良的电化学性能 5.电池循环效率、成本、环境因素等方面的考虑
反应釜
依据物料配比和加入先后顺序，有机溶 剂依次在反应釜充分搅拌、混匀，然后 通过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、温度等，在完全搅拌 两小时后，对电解液检测的项目有：水 分、电导率、色度、醇含量
灌装
经搅拌均匀、检测合格的液体电解液在氩气 环境下被灌入电解液包装桶，进行编号，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
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
电解质对电池性能的影响
1.电池容量 2.电池内阻及倍率充放电性能 3.电池操作温度范围 4.电池储存和循环寿命 5.电池安全性 6.电池自放电性能 7.电池过充电和过放电行为
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
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
电极/电解液界面
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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.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)
三种不同的结构变化
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、醇含量
产品罐
在对有机溶剂完成精馏或脱水后，经 过真空氩气保护管道进入产品罐、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量有机溶 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、醇含量的检测，继而根据生产的 需要准确进入反应釜。
LiBF4
LiPF6
LiCF3SO3 LiN(CF3SO2)2 LiC(SO2CF3)3
新型的硼酸锂盐
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