锂离子电池电解液知识课件.ppt

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1、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：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

2、解质锂盐的浓度和电解液的粘度是影响电解液电导率的两个重要因素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。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

3、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。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。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

4、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，20-50ppm的水份；精制后的有机溶剂通常仍含有100—300ppm的有机酸、醇

5、、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

6、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

7、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EMC-EC基电解液体系一样优越的性能。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