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锂电池电解液的发展趋势

时间:2022-10-22 编辑:池龙新能源 游览:676次

  电解质是一种离子导体,用于在电池的正极和负极之间导电。它由电解质锂盐、高纯有机溶剂和必要的添加剂按一定比例配制而成。它对电池的能量密度、功率密度、宽温度应用、循环寿命和安全性能起着至关重要的作用。锂离子电池由外壳、正极、负极、电解液和隔膜组成,其中电极材料无疑是关注和研究的重点。但同时电解质也是不可忽视的一个方面。毕竟占电池成本15%的电解液,确实对电池的能量密度、功率密度、宽温应用、循环寿命、安全性能起着至关重要的作用。

  电解液是电池正负极之间导电的离子导体,由电解质锂盐、高纯有机溶剂和必要的添加剂按一定比例制成。随着锂离子电池的应用领域越来越广泛,各种锂离子电池必然对其电解液有不同的要求。

  追求高比能量是目前锂离子电池最大的研究方向,尤其是当移动设备在人们生活中占据越来越大的比重时,续航成为电池最关键的性能。

  硅阳极因其巨大的克容量而受到人们的关注,但由于其膨胀作用而无法应用。近年来研究方向转向了硅碳阳极,其克容量相对较高,体积变化小。不同的成膜添加剂在硅碳阳极中有不同的循环效果。

  2.高功率电解质

  目前商用锂离子电池很难实现高倍率连续放电。重要原因是电池极耳发热严重,内阻导致电池整体温度过高,容易热失控。因此,电解质必须能够抑制电池升温过快,同时保持高导电性。至于动力锂电池,实现快速充电也是电解液发展的一个重要方向。

  高功率电池不仅要求电极材料的高固相扩散、纳米化导致的离子迁移路径短、电极厚度和致密性可控,还要求更高的电解质:1。高离解度的电解质盐;2、溶剂复配——降低粘度;3.界面控制-降低膜阻抗。

  3.宽温电解质

  当电池处于高温时,电解液本身容易分解,材料与电解液之间的副反应也会加剧。然而,在低温下,电解质盐可能沉淀,负SEI膜的阻抗将呈指数增加。所谓宽温电解液,就是让电池有更宽的工作环境。下图是各种溶剂的沸点对比图和固化对比图。

  4.安全电解质

  电池的安全性主要体现在燃烧甚至爆炸。首先,电池本身是易燃的。因此,当电池过充、过放、短路,被外界刺戳、挤压,外界温度过高时,都可能引发安全事故。因此,阻燃剂是安全电解质的一个重要研究方向。阻燃功能是通过向常规电解质中添加阻燃添加剂来获得的。一般使用磷系或卤系阻燃剂,要求阻燃添加剂价格合理,不损害电解液的性能。此外,使用室温离子液体作为电解液已经进入研究阶段,这将彻底消除易燃有机溶剂在电池中的使用。而且,离子液体具有极低的蒸气压、良好的热/化学稳定性、不易燃等特点。这将大大提高锂离子电池的安全性。

  5.长循环电解液

  目前锂离子电池尤其是动力锂电池的回收还存在很大的技术难度,所以延长电池的寿命是缓解这种情况的一种方法。

  在长循环电解液的研究中有两个重要的观点。一是电解液的稳定性,包括热稳定性、化学稳定性和电压稳定性。第二,与其他材料的稳定性要求与电极成膜稳定,与隔膜不氧化,与集流体不腐蚀。