锂离子电池电解液知识

电解液的组成与作用—有机溶剂
羧酸酯类有机溶剂 环状羧酸酯
γ-丁内酯（γ-BL），在一次锂电池中得到应用，遇水易分解，而且还具有 较大的毒性。
精制后的有机溶剂通常仍含有100— 300ppm的有机酸、醇、醛、酮、胺和酰胺 等杂质以及痕量的水（通常<20ppm）；
电解液调制过程中反应器吸附、空气携带的 固体颗粒、水分等。
有机溶剂中所溶解的氧，在电池的充放电循 环中可能诱发自由基反应，加速溶剂的分解， 不利于电解液的稳定。
电解液的组成与作用—制备工艺
电解液的组成与作用—几个影响因素
影响电解液性能的杂质 质子酸
HF、H2O以及其他含有活泼氢原子的有机酸、 醇、醛、酮、胺和酰胺等物质
金属离子 指还原电位较锂离子高、含量相对较高的铁、 镍、钠、铝等金属杂质离子。
电解液的组成与作用—几个影响因素
影响电解液性能的杂质来源
六氟磷酸锂通常含有约100ppm的HF，2050ppm的水份；
电解液的几个理论问题
介电常数对电解液电导率的影响
溶剂的介电常数越大，离子溶剂化程度 愈深，阴阳离子之间的距离就越大。
加入可与锂离子形成螯合物的溶剂如 DME或冠醚类化合物，实现电解质锂盐 阴阳离子对的有效分离，可极大地提高 阴阳离子间的距离，提高锂盐在电解液 中的浓度，从而获得较高的电导率。
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
其中Zi 、Ci分别为离子的电荷数和摩尔浓度 F为法拉第常数 η为电解液的粘度 ri为i离子的溶剂化半径 从上式可以看出电解质锂盐的浓度和电解液的粘度是
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）
锂离子电池电解液知识
汕头市金光高科有限公司 2007年6月20日
锂离子电池电解液知识
锂离子电池的结构与原理 电解液的几个理论问题 电解液的组成与作用 功能性电解液研究
锂离子电池的结构与原理
二次锂离子电池的结构
锂离子电池的结构与原理
二次锂离子电池的主要组成部分 正极 负极 隔膜 电解质 外壳以及外电路
影响电解液电导率的两个重要因素Fra Baidu bibliotek
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。
较强的对阳离子的螯合能力，低粘度， 使电解液具有较高的电导率，易被氧化 和还原分解，化学性质不稳定。
电解液的组成与作用—有机溶剂
醚类有机溶剂 冠迷及其衍生物
冠醚和穴醚如12-冠-4能与锂离子形成螯合 物，提高锂盐在有机溶剂中的溶解度，实现 阴阳离子对的有效分离和锂离子与溶剂分子 的分离，提高电解液的电导率，而且能够降 低在充电过程中溶剂的共插和分解的可能性。
PC具有较低的熔点(-49℃)，可以改善电池 的低温性能。
电解液的组成与作用—有机溶剂
碳酸酯类有机溶剂 链状碳酸酯：主要有DMC、DEC和EMC，DMC 和DEC都具有较低粘度，而且DEC还具有较低 的熔点(-43℃) 单一溶剂DEC、DMC基电解液与碳负极的相容 性较差，加入共溶剂EC，形成二元混合体系与 碳负极具有较好的相容性。 EMC是一种性能优异的有机溶剂。石墨在单一 的溶剂EMC基电解液体系就表现出几乎和EMCEC基电解液体系一样优越的性能。
有机溶剂的选择原则：介电常数高、粘度小有 机溶剂
介电常数高的有机溶剂其粘度必然也较大，粘 度小的有机溶剂其介电常数必然也较小
将介电常数大而黏度也大的有机溶剂如EC、 PC，与粘度小同时介电常数也小的有机溶剂如 DMC、DEC、EMC等混合使用。
电解液的组成与作用
影响电解液的几个因素 电解液工艺以及技术要求 有机溶剂 电解质锂盐 添加剂
有机电解液的制备工艺
有机溶剂精制：脱除含有质子酸的杂质，如 水、有机酸、醇、醛、酮、胺、酰胺等；
有机电解液的配制； 有机电解液中水、酸等杂质的脱除 电解液的包装
制备过程应该在洁净、气体氛围水含量小于10ppm的环境下操作。
电解液的组成与作用—有机溶剂
有机溶剂的要求
（1）适中的粘度和介电常数； （2）较高的闪点和沸点与尽可能低的熔点； （3）较宽的电化学稳定窗口； （4）具有良好的热稳定性，使用温度尽可
能的宽； （5）良好的化学和电化学稳定性，与电池
内的活性物质不发生反应； （6）良好的安全性和环境相容性。
电解液的组成与作用—有机溶剂
常用有机溶剂
电解液的组成与作用—有机溶剂
碳酸酯类有机溶剂
环状碳酸酯:主要包括EC和PC，有较高的介 电常数、较高的沸点和闪点(>100℃ )，其 他环状碳酸酯如BC随着分子量增长，介电 常数低于降低，粘度却增加，对提高有机电 解液的电导率不利
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。