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简述锂电池电解液中的杂质及其净化

简述锂电池电解液中的杂质及其净化

来源:
2021/06/05 10:27
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【摘要】:

  电解液中的杂质及其净化

  未纯化的有机电解质通常含有水和含有活性氢的有机物,以及少量的金属离子,如铁、钠、铝和镍。杂质的含量会严重影响锂电池的性能。高纯锂盐和碳酸盐岩是锂电池正常运行的保证。

  有机电解质中的杂质有三种重要来源:a .锂电解质(如六氟磷酸锂)的制备不可避免地含有一定数量的金属杂质离子,如HF和H2O。这些物质可能形成强烈的化学吸附,难以去除,难以制备完全纯的锂盐。常见的碳酸酯溶剂在制备过程中不可避免地含有水、有机酸、醇、醛、酮、胺、酰胺等副产物、金属离子杂质和结构相似的酯类。锂盐和溶剂大多是亲水的,工作环境中少量的水和灰尘也会污染电解液。部分锂热稳定性差,易分解,纯度降低。

  一般情况下,有机电解质中的杂质主要是微量的水和含有活性氢的分子和金属离子杂质,如HF。微量的水可以分解锂盐,如六氟磷酸锂,并可能与有机溶剂反应形成相应的醇。电池工作时,水的存在会消耗有限的锂离子,如LiOH、Li2O、HF等物质,不利于提高电极的电化学性能。同时,大量气体的反应也会增加电池内部的压力,带来不安全因素。随着有机电解质中含水量的增加,锂电池的充放电性能和循环效率会明显下降。当水含量超过0.1%时,锂电池基本上是无用的。有机电解质中HF的含量对锂电池的性能也有重要影响,在六氟磷酸锂生产过程中HF很难去除。HF除了加速分解方法和在有机溶剂中聚合锂外,还通过在第一次充放电过程中减少活性碳阳极,增加电极的界面电阻,降低钝化膜的可逆性来产生寿命。电池的比容量和循环效率等。其他含有活性氢的有机分子,如酒精和胺,也会耗尽电解液,影响电池的性能。如庄全超等研究了有机电解液中甲醇杂质对石墨电极性能的影响,发现当有机电解液中甲醇含量超过0.5%时,石墨电极充放电循环的可燃性将被完全破坏。在充电过程中,金属杂质离子首先沉积在碳阴极表面,影响锂电解的电导率。

  显然,有机电解质必须在清洁、干燥(湿度小于10×10-6)的环境中制备(如实验室常用的手套箱)。同时,尽可能采用可行的方法去除锂盐和有机试剂中的杂质,缓慢部署电解液,防止锂盐溶解过程中放热引起的热分解反应。电解液在使用前应进行科学的检测,确保电解液满足锂电池的工作要求。

  有机电解质中最常见的杂质是水。通过蒸馏法除去大部分水分,再加入0.4nm或0.5nm活性沸石进行密封,即可达到降低实验室含水量的目的。这种方法不仅可以减少水,还可以吸收一些小分子的溶剂,有利于提高电解液的纯度。但需要注意的是,由于分子筛的离子交换功能,如果将普通钠分子筛长期放置在电解液中,钠离子可能会引入有机电解液中,影响电池性能。因此,在使用分子筛去除杂质的过程中,最好选择锂分子筛。用1mol/L Li1O4 /乙醇或1mol/L LiF/乙醇溶胶交换可得到锂沸石

 

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