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1、第3期赵震,等:锂离子电池电解液中杂质的影响及其脱除∀41∀知识窗锂离子电池电解液中杂质的影响及其脱除赵震,孟庆义(山东肥城阿斯德化工有限公司,山东肥城271600)摘要:介绍了有机电解液制备过程中各种杂质的来源、对锂离子电池性能的影响及脱除方法。关键词:锂离子电池;有机电解液;制备;杂质;脱除中图分类号:TM911文献标识码:B文章编号:1008-021X(2003)03-0041-03PreparationofOrganicElectrolyteSolutionsforLi-ionBatteriesZHAOZhen,MENGQing-yi(ShandongFeic
2、hengAcidChemicalCo.,Ltd.,Feicheng271600,China)Abstract:Theoriginofimpuritiesinorganicelectrolytesolutionsisintroduced.ItsinfluenceontheperformanceofLi-ionbatteriesandmethodsoftheeliminationarediscussed.Keywords:Li-ionbattery;organicelectrolytesolution;preparation;impurity;removal有机电解液是锂离子电池的重要组
3、成部分,它有机电解液中杂质的来源主要有三个方面:在电池中承担着正负极之间传输电荷的作用,对电电解质锂盐中所含有的一定量的杂质,在六氟磷酸池的工作温度、比能量、循环效率、安全性等主要性锂制备中,不可避免的会使产品中含有定量的HF、能有着重要的影响。电解液组成的特殊性也给电池H2O和其他金属杂质离子,同时由于HF,H2O分子性能带来了某些特殊性,从某种意义上说有机电解中的氢会和六氟磷酸锂中氧形成氢键,从而形成较液对锂离子电池的性能起着决定性的作用。有机电强的化学吸附性,导致对它们脱除较困难;有机解液一般由电解质锂盐和有机溶剂两部分组成,其溶剂多由醇类物质制备而来,难免所含有微量水、有中的有机
4、溶剂一般都是由两种以上的有机溶剂组成机酸、醇、醛、酮、胺、酰胺类物质以及一些金属离子的混合溶剂,在商品化的锂离子电池得到应用的电杂质;!空气中含有一定量的水分(可高达1%)以解质锂盐一般为六氟磷酸锂,有机溶剂主要有EC及微量的尘埃,操作环境控制不理想或操作不当均(碳酸乙烯酯)、PC(碳酸丙烯酯)、DMC(碳酸二甲有可能引入前述杂质,这些杂质可以通过建立适当酯)、DEC(碳酸二乙酯)、EMC(碳酸甲乙酯)等链状的洁净干燥空气系统避免被引入。和环状碳酸酯。影响有机电解液作为锂离子电池电由以上的分析可知,有机电解液中杂质主要包解液优劣性的因素主要有两个方面:有机电解液括三类物质:水和氢氟酸;
5、分子中含有活泼氢的组成;有机电解液分子中含有活泼氢的物质和原子的有机酸、醇、醛、酮、胺、酰胺类物质;!铁、铁、钠、铝、镍等金属离子杂质的含量。镍、钠、铝等金属杂质离子。各种杂质对有机电解液本文主要阐述有机电解液中杂质对有机电解液的性能影响将分别介绍。性能的影响,以及在试验室研究和工业化生产中杂1.1水和氟化氢含量对有机电解液性能的影响质的控制问题。水和氟化氢的含量是影响有机电解液性能最重1杂质对有机电解液性能的影响要的因素,水和氟化氢的含量对锂离子电池性能的收稿日期:2002-09-13山东化工∀42∀SHANDONGCHEMICALINDUSTRY2003
6、年第32卷影响,可分为对电极表面SEI膜(固体电解质相界(1)HF和电极表面的碳酸盐或碳酸酯盐反应,面膜)的影响和对电解液自身稳定性的影响两个方生成LiF和CO2等。面。Li2CO3+2HF2LiF+H2O+CO2痕量水和氟化氢在电池的首次充放电过程中将(2)POF3在电极表面首先发生还原反应,然后是电极表面的还原产物烷基碳酸锂反应生成碳酸锂再与LiF反应,生成LiXPFYOX型化合物,如LiOPF2和氟化锂等或与金属锂反应生成氧化锂、碳酸锂和等。氟化锂等作为SEI膜的组分覆盖在电极表面上。反应中产生的水和乙二醇又会和六氟磷酸锂反碳酸锂不溶于有机溶剂,具有较好的锂离子可寻性,应生成氟化氢,
7、该过程不断循环导致电池比容量,循是形成具有优良性能的SEI膜的重要组分。氧化环效率等不断减小,直至使整个电池被破坏。因此锂和氟化锂是热力学稳定的SEI膜组分,对稳定碳在实用的锂离子电池中,一般要求有机电解液中的酸锂等其它SEI膜组分具有重要的意义。有研究水和氟化氢的含量应该至少小于0.006%。工作表明DMC基电解液中痕量水分的出现不仅对1.2分子中含有活泼氢原子和有机物质对有机电石墨电极的性能没有任何破坏,反而会有很
