锂离子电池高电压电解液研究进展_杨续来

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1、综述锂离子电池高电压电解液研究进展杨续来，汪洋，曹贺坤，徐小明(合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究院，安徽合肥230011)摘要:锂离子电池高电压正极材料是近年来研究的热点，而与之相适应的高压电解液是该领域中的研究重点之一。从电解液溶剂分子设计理论入手，重点介绍了常规碳酸酯基高电压电解液以及氟代溶剂、砜类溶剂和腈基溶剂等新型溶剂体系高电压电解液的国内外研究现状，并对高电压电解液研究过程中存在的问题作了简要评价。关键词:锂离子电池；电解液；高电压中图分类号：TM912文献标识码：A文章编号：1002-087X(2012)08-1235-04Progressinhigh-voltageelect

2、rolytesforlithiumionbatteriesYANGXu-lai,WANGYang,CAOHe-kun,XUXiao-ming(EngineeringResearchInstitute,HefeiGuoxuanHigh-techPowerEnergyCo.Ltd,HefeiAnhui230011,China)Abstract:TheresearchesonhighvoltagecathodematerialsforLi-ionbatterieswithhighvoltageandhighenergydensityhavealreadydrawnagreatattentionrec

3、ently,inwhichthehigh-voltageelectrolyteshavebecomeanimportantresearchfield.Inthispaper,therecentprogressinhigh-voltageelectrolytesforlithiumionbatterieswasreviewed.Thequantumchemicalcalculationandmoleculardesigntheorywasintroducedfortheelectrolytedesign.Thediscussionswerefocusedspeciallyontheadvanta

4、geandthedisadvantageofcarbonate-basedelectrolytesandnewelectrolytesbasedonfluorinatedsolvents,sulfoneandnitrileashigh-voltageelectrolytes,andthedevelopmenttrendwasalsodescribed.Keywords:lithiumionbatteries;electrolytes;high-voltage锂离子电池正极材料如LiCoO2、LiMn2O4以及LiFePO4的占轨道中能量最低，最容易接受电子。分子的最高占据轨道对工作电压都低于4

5、V，以LiNi0.5Mn1.5O4和LiCoPO4等材料为代应于分子的氧化电位，分子的最低空轨道对应于分子的还原表的高电压正极材料的放电电压可高达5V左右，这些高电电位。一般认为，分子的最高占据轨道(HOMO)能量越低，其抗压材料用于锂离子电池能够提高电池的输出电压和功率密氧化性越好；而分子的最低空轨道(LUMO)能量越高，其耐还度，进一步拓宽锂离子电池在大功率电气设备上的使用范围，原性越好[4]。对于高电压电解液而言，电解液组分的HOMO能从而受到业内研究者的广泛关注[1]。但目前尚无与高电压材料量越低越好。CHOI等[5]认为HOMO值低于－11eV的组分，相适应的电解液，常规碳酸酯溶剂与

6、六氟磷酸锂组成的电解其氧化电位一般高于5V。表1和表2给出了部分碳酸酯和砜液体系在4.5V(vs.Li/Li+)以上时会发生分解，从而造成整个类溶剂的HOMO能量和氧化电位计算值[6-7]。可见，从理论上电池体系性能的下降[2-3]。本文在前人研究的基础上，综述了目讲，环状碳酸酯比链状碳酸酯的抗氧化性好，都能够满足5V前适合高电压正极材料使用电解液的国内外研究现状，并对高电压电池的需求。但在实际锂离子电池体系中，BF－和PF－46高电压电解液发展前景进行了展望。等电解质锂盐阴离子在电解液中会产生HF或发生氟离子向1理论计算与分子设计溶剂分子转移反应[8]；同时，介电常数较高的溶剂(如EC)还会

7、与PF－络合，然后快速到达正极表面而优先被氧化[9]，这些反用理论计算的方法来设计锂离子电池高电压电解液已经6应都会严重降低溶剂分子的氧化稳定性，使得含有BF－和/或引起许多研究者的重视，它既可以对实验结果进行解释，又能4PF－的实际电解液体系的氧化稳定性要低于理论计算值。值得对功能分子的一些化学性质进行预测，为研究工作提供可靠6注意的是，氧化电位越高的溶剂分子与金属锂的反应活性越的指导性。高[1