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锂电池碳酸盐及其性能简析

锂电池碳酸盐及其性能简析

来源:
2021/06/09 17:18
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【摘要】:

  碳酸盐及其性质

  碳酸盐岩是锂电池行业中最早使用的有机溶剂,在锂电池行业(包括早期的锂离子一次电池、锂离子二次电池、锂电池、锂电池等)中发挥着不可替代的作用。锂电池常用的碳酸盐可分为环状碳酸盐和线性碳酸盐。

  1环碳酸

  (1)基本理化性质

  碳酸酯(PC)和碳酸乙烯(EC)是锂电池可充电电解质中最重要的两种有机溶剂。PC在常温常压下为无色、透明、略带芳香的液体。相对分子质量为102.09,密度(25℃)为1.198g/cm3,冰点为-49.27℃。具有良好的低温性能。PC闪点128℃,燃点133℃,沸点242℃,折射率1.4209~1.4218,介电常数高(25℃时为66.1℃)。PC易溶于苯、乙醇、丙酮等有机溶剂中,对一些无机盐、二氧化碳、硫化氢和一些有机硫化物有较大的溶解度,可用作高效脱硫、脱碳的溶剂。此外,PC具有很高的化学、电化学和光学稳定性,可用于恶劣的条件。缺点是PC具有一定的吸湿性,可能对控制电解质中的水分有一定的影响。

  (2)碳酸丙烯和碳酸乙烯酯的制备

  光气法是工业上最早制备PC和EC的方法,它是利用乙二醇或丙二醇合成光气。光气毒性大,对环境污染严重,已被禁止使用。另一种常用的方法是酯交换法,酯交换法是将碳酸二乙酯与乙二醇/丙二醇进行酯交换制备环碳酸酯的重要方法。该原料价格昂贵,而毒性更大的有机锡催化剂已基本停产。

  (3)其他环状碳酸酯溶剂

  通过在PC和EC的甲基或亚甲基位置引入-Cl、-F等官能团,可以得到一系列新的碳酸酯溶剂。卤素原子的引入降低了电解液的熔点,增加了闪点,有利于提高低温下电解液的安全性。提高了电池在氟碳形成的电解液中循环的效率和安全性。例如,在PC甲基上用氟取代三个氢形成的TFPC闪点非常高(134°C),提高了电解质的防火性能。

  2线性碳酸

  常用的线状碳酸盐岩有碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲丙酯(MPC)。由于旋回型碳酸盐岩一般具有较高的粘度和熔点,因此常与低粘度、低熔点的线状碳酸盐岩混合以获得更好的性能。

  (1)线状碳酸盐的基本理化性质

  DMC为无色液体,室温熔点4.6℃,沸点90℃,闪点18℃。它是一种无毒或微毒的产品,可与水或酒精形成共沸物。DMC具有独特的分子结构,含有羰基、甲基、甲氧基等官能团,具有多种反应活性。可作为羰基化、甲基化试剂、汽油添加剂、聚碳酸酯合成原料等。

  DEC的结构与DMC相似。它在室温下是无色液体,熔点很低,为-74.3°C(不是一般文献报道的-43°C)。沸点(126.8℃)和闪点(33℃)略高于DMC,毒性高于DMC。DEC可溶于酮、醇、醚、酯等,但不溶于水。DMC和DEC的粘度都很低(0.58 MPa)。介电常数(3.11和2.82)一般不是单独用作锂电池电解质的溶剂,而是用作共溶剂。

  EMC和MPC为不对称线型碳酸盐,熔点、沸点、闪点与DMC和DEC相似,但热稳定性差,在碱性条件下易发生酯交换反应形成DMC和DEC。与DMC和DEC不同,以EMC或MPC为单一溶剂的电解质在相同条件下表现出优异的电化学性能。

  近年来,为了提高线性碳酸盐岩的热稳定性,人们合成了部分或全部含氟碳酸盐岩。这些溶剂熔点低,阳极稳定性高,安全性好,热稳定性好。然而,该系统的应用前景是广阔的。

 

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