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锂电池电解质配方和锂电解质添加剂

锂电池电解质配方和锂电解质添加剂

来源:
2021/03/31 08:40
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【摘要】:

  电解液及锂离子电解液添加剂的配方。锂电池的电解质由有机溶剂、锂盐和添加剂组成。目前,我国的溶剂生产已经远远满足了现有电池的需求。然而,随着锂电池能量密度、安全密度和一致性的提高,其容量有待进一步发展。

  如镍金属氢化物电池逐渐取代锂镍镉电池,移动电源领域的迅速扩张,这是由于磷酸铁锂电池由于低成本,高稳定性,但由于内在低磷酸亚铁锂和锂离子电导率的固相扩散系数较低,低温运行时性能不佳,因此,提高磷酸铁锂电池的低温性能除了与负极材料相关外,电解质还有另一个重要方向。

  锂电池电解质是电池中离子输送的载体,由高纯有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料组成。电解液是用来在锂电池正极和负极之间传导电子,是锂电池具有高电压、高比能等优点的保证。

  锂电池电解液常见成分有:碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲酯、六氟磷酸锂、五氟化磷、氢氟酸等。日本和美国已经禁止使用高氯酸锂电池,因为它们在低温下性能差,而且爆炸风险高。锂离子氟化电池具有性能好、无爆炸风险、适用性强、废旧电池处理相对简单、对环境友好等优点。

  锂电池电解质。jpg

  锂电池电解质配方

  1. 氯化碳酸乙烯酯用氯气制取碳酸乙烯酯,再用三乙胺作酸粘合剂脱除氯化氢制取碳酸乙烯酯。在无溶剂氯化反应的条件下,常用的电解质溶剂碳酸二甲酯作为溶剂来消除反应,可防止残留溶剂对添加剂的不利影响。同时,以2,3,4 -三丁基苯酚为聚合抑制剂,两步反应产率为75.0%,高于文献值。

  2. 无水KF与氯乙烯反应生产氟化碳酸乙烯酯可降低安全成本,且生产过程易于控制。

  3.用氯气将1,3 -丙烷磺内酯氯化成2-氯- 1,3 -丙烷磺内酯,然后用三乙胺作为酸粘合剂脱除氯化氢。反应路线大大缩短,两步法得率为72.7%。

  锂电池电解质添加剂

  1. 硼添加剂

  硼化合物是锂电池中常用的添加剂。在电池循环过程中,许多硼化合物在阳极表面形成保护膜,稳定电极与电解质的界面,从而提高锂电池的性能。

  2. 有机磷添加剂

  除亚磷酸添加剂外,目前使用的有机磷添加剂还包括磷酸酯类化合物。Xia等将TAP添加剂应用于Li[Ni0.42Mn0.42Co0.16]O2(NMC442)石墨电池中,发现当存在TAP时,可显著提高电池的库仑效率,长时间后仍能保持较高的容量。

  3.碳酸盐岩添加剂

  氟基(PFA)化合物具有较高的电化学稳定性、疏水性和疏油性。当有机溶剂加入PFA时,疏水PFA聚集在一起形成胶束。由于添加剂在循环过程中形成双层钝化膜,减少了电极表面的降解和电解液的氧化分解,锂电池在长周期内的性能显著提高。

  水解产物由锂电解液、高纯有机溶剂、必要的添加剂等原料组成。电解液占锂电池成本的5-15%,产品毛利率25-30%。锂电解液是重要的六氟磷酸锂,占电解液成本的40%。从未来发展趋势来看,随着国内六氟磷酸锂产品质量和一致性的提高,出口比重将显著提高

 

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