锂离子电池电解液的基础(终极版)
- 格式:pdf
- 大小:7.51 MB
- 文档页数:73
锂离子电池电解液1 锂离子电解液概况电解液是锂离子电池四大关键材料(正极、负极、隔膜、电解液)之一,号称锂离子电池的“血液”,在电池中正负极之间起到传导电子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。
电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐(六氟磷酸锂,LiFL6)、必要的添加剂等原料,在一定条件下,按一定比例配制而成的。
有机溶剂是电解液的主体部分,与电解液的性能密切相关,一般用高介电常数溶剂与低粘度溶剂混合使用;常用电解质锂盐有高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等,但从成本、安全性等多方面考虑,六氟磷酸锂是商业化锂离子电池采用的主要电解质;添加剂的使用尚未商品化,但一直是有机电解液的研究热点之一。
自1991年锂离子电池电解液开发成功,锂离子电池很快进入了笔记本电脑、手机等电子信息产品市场,并且逐步占据主导地位。
目前锂离子电池电解液产品技术也正处于进一步发展中。
在锂离子电池电解液研究和生产方面,国际上从事锂离子电池专用电解液的研制与开发的公司主要集中在日本、德国、韩国、美国、加拿大等国,以日本的电解液发展最快,市场份额最大。
国内常用电解液体系有EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC等。
不同的电解液的使用条件不同,与电池正负极的相容性不同,分解电压也不同。
电解液组成为lmol/L LiPF6/EC+DMC+DEC+EMC,在性能上比普通电解液有更好的循环寿命、低温性能和安全性能,能有效减少气体产生,防止电池鼓胀。
EC/DEC、EC/DMC电解液体系的分解电压分别是4.25V、5.10V。
据Bellcore研究,LiPF6/EC+DMC与碳负极有良好的相容性,例如在Li x C6/LiMnO4电池中,以LiPF6/EC+DMC为电解液,室温下可稳定到4.9V,55℃可稳定到4.8V,其液相区为-20℃~130℃,突出优点是使用温度范围广,与碳负极的相容性好,安全指数高,有好的循环寿命与放电特性。
一文读懂锂电池电解液在电解液这一块呢,我们要学习的一个核心的内容就是电化学(Electrochemistry)电化学那么废话不用多说,要真的深入的了解电解液还是要从最基础的机理来入手,结合电解液在锂电池中的作用可以知道有几点:1,电解液溶剂在化成时候参与成膜,有些添加剂比如VC也参与成膜2,充当锂离子移动的通道,运送锂离子到正负极之间。
表现上是这些作用,其实究其机理可以知道有关电荷转移(Charge transfer process),扩散传质(diffusion process)反应物和产物在电极静止液层中的扩散。
电极界面双电层充电(charging process of electric double layer),电荷的电迁移过程(migration process )主要是溶液中离子的电迁移过程,也称离子电导过程。
当电解液注入电池内部的时候,这个时候要引入一个概念,就是接触角(contact angle),不管是气体液体,还是固体,在接触的时候就会发生润湿现象,电解液注入电池内部,电池内部主要是正负极,隔膜等,那么就是液体接触固体,那么之间就会形成一个接触角θ,如果θ《90°,则液体较容易润湿固体,浸润性越好,然后电解液与极片浸润性好,那么在电池充放电过程中,效果就好。
如不是,则反之。
当化成开始的时候,之前都是物理的过程,这时候开始发生反应,电流通过电极时候,电化学反应开始,这时候就产生了界面上的反应物的消耗和产物的积累,出现了浓度差。
在电极通电的初期,扩散层很薄,浓度梯度很大,扩散传质速率很快,因此没有浓差极化出现/ 随着时间的推移,扩散层逐步向溶液内部发展,浓度梯度下降,扩散速率减慢,浓差极化慢慢变大。
这个时候就要引入等效电路来,因为在这个过程中,产生了两个电阻,一个是扩散阻抗Zw,一个是传荷电阻Rct,他们之间是串联关系,总的阻抗为法拉第阻抗。
那么电解液在这过程中,如何评价呢?我们知道一般的电解液中溶剂主要有环状碳酸酯(EC等)和线性碳酸酯(DMC等),一般来说环状碳酸酯的电化学动力学比线性碳酸酯的大,那么在选取溶剂的时候就要考虑到这点,有时候为了增大扩散速率就要多比例的线性碳酸酯。
锂离子电池电解液概述一、锂离子电池电解液电解液是锂离子电池四大关键材料之一,号称锂离子电池的血液,是锂离子电池获得高压、高比能等优点的保证.电解液主要由高纯度有机溶剂、电解质锂盐、必要添加剂等原料,在一定条件下,按一定比例配制而成.1.1有机溶剂有机溶剂一般用高介电常数溶剂于低粘度溶剂混合使用。
常用的电解质锂盐有高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等,从成本、安全性等多方面考虑,六氟磷酸锂是商业化锂离子电池采用的主要电解质。
锂离子电池电解液中常用的有机溶剂有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯(PC)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸甲酯(MA)等。
有机溶剂在使用前必须严格控制质量,溶剂的纯度于稳定电压之间有密切联系,有机溶剂的水分,对于配制合格电解液起着决定作用。
水分降低至10—6之下,能降低六氟磷酸锂的分解、减缓SEI膜的分解、防止气涨等.利用分子筛吸附、常压或减压蒸馏、通入惰性气体的方法,可以使水分含量达到要求。
为了获得具有高离子导电性的溶液,以便锂离子在其中快速移动,溶剂一般采用混合材料,如碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC),碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二乙酯(DEC).1.2电解质锂盐电解质锂盐占电解液成本最大,约占到电解液成本的40%左右。
LiPF6是最常用的电解质锂盐,其对负极稳定,电导率高,放电容量大,内阻小,充放电速度快。
但对水分和HF及其敏感,易发生反应,其操作应在干燥气氛(如手套箱)中进行,不耐高温,80℃~100℃发生分解反应,生成五氟化磷和氟化锂。
从成本、安全性等多方面考虑,六氟磷酸锂具有突出的离子电导率、较优的氧化稳定性和较低的环境污染等优点,是目前首选的锂离子电池电解质,也是商业化锂离子电池采用的主要电解质.除此之外还有LiBF4、LiPF6、LiBOB、LiFSI、LiPF2、LiTDI 等一系列安全性高、循环性能好的锂盐电解质体系得到关注。
目录1. 电解液综述 (3)1.1 有机溶剂电解质的性能要求: (3)1.2 电解液目前存在的突出问题 (4)1.3 改善措施 (4)2. 有机溶剂性能及特点 (4)2.1 有机溶剂的分类 (4)2.2溶剂的性质描述 (5)2.2.1 锂盐的电导率 (5)2.2.2 溶剂的介电常数εr (5)2.2.3 粘度和溶剂化 (5)2.3 常用的几种有机溶剂 (6)3. 电解质 (8)3.1总述 (8)3.2 无机阴离子盐 (8)3.3 有机锂离子盐 (8)4. 电解液的电导率 (9)4.1 电导率的计算 (9)4.2 电解液电导率的影响因素 (10)4.2.1 溶剂的影响 (10)4.2.2 电解质对电导率的影响 (11)5. SEI膜 (12)5.1 膜的简介及作用 (12)5.2 负极成膜 (13)5.3 正极成膜 (13)5.4 溶剂组成与SEI膜牲 (13)6. 添加剂 (14)6.1 介绍 (14)6.2 改善电极SEI膜的形成和化学组成的添加剂 (14)6.3 提高电解液电导率的添加剂 (15)6.4控制电解液中酸和水含量的添加剂 (15)6.5 改善电池安全性的添加剂 (15)6.5.1 过充电保护添加剂 (15)6.5.2 提高低温性能添加剂 (16)7. 制备 (16)7.1 六氟磷酸锂(LiPF6)的制备 (16)7.1.1传统制备 (17)7.1.2 络合法 (17)7.1.3 溶液法 (17)7.2 常用有机溶剂的制备 (18)7.2.1 环状碳酸酯(EC、PC)的合成 (18)7.2.2链状碳酸酯的合成 (18)8. 检测 (19)8.1检测设备 (19)8.2 检测方法 (20)8.3 执行国家标准 (20)9. 电解液因素对电池性能的影响 (20)9.1 电解液组成对负极性能的影响 (20)9.2 电解液组成对正极性能的影响 (21)9.3 电化学窗口对电池性能的影响 (22)9.4 微量添加剂对电池性能的影响 (22)9.5 有机溶剂对电池性能的影响 (22)9.5.1 碳酸丙烯酯对电池性能的影响 (22)9.5.2碳酸乙烯酯对电池性能的影响 (23)9.5.3 其它溶剂 (24)10. 国内电解液生产商及其产品 (25)10.1 美国LITHCHEM公司 (25)10.2 北京星恒电源股份有限公司<方向电池> (26)10.3 伊.默克(Merck)国际贸易(上海)有限公司 (27)10.4 三菱化学香港有限公司(MitsuBISH Chemical)(三菱电解液) (28)10.5 肥城恒光无机氟化物有限公司 (29)10.6 深圳图尔实业发展有限公司 (30)10.7 东莞市锦泰电池材料有限公司 (31)10.8 张家港翔达电池材料有限责任公司 (33)10.9 汕头市金光高科有限公司 (36)锂离子电池的电解液―――易世明1. 电解液综述电池的电解液是电池的一个重要组成部分,对电池的性能有很大的影响。
锂电池培训-电解液一、电解液基础知识二、电解液添加剂知识三、电解液主盐四、电解液国内外厂家介绍一、电解液基础知识电解液为溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6、LiBOB等的有机溶液;电解液的主要功能使为锂离子提供一个自由脱嵌的环境。
二、电解液添加剂知识⏹依非水电解液添加剂的作用机制分类:⏹1、SEI(solid electrolyte interface) 成膜添加剂⏹2、导电添加剂⏹3、阻燃添加剂⏹4、过充电保护添加剂⏹5、控制电解液中水和HF含量的添加剂⏹6、改善低温性能的添加剂⏹7、多功能添加剂1、SEI(solid electrolyte interface) 成膜添加剂有机成膜添加剂-硫代有机溶剂⏹硫代有机溶剂是重要的有机成膜添加剂,包括亚硫酰基添加剂和磺酸酯⏹添加剂。
ES(ethylene sulfite, 亚硫酸乙烯酯)、PS(propylene sulfite, 亚硫酸丙烯酯)、DMS(dimethylsulfite, 二甲基亚硫酸酯)、DES(diethyl sulfite,二乙基亚硫酸酯)、DMSO(dimethyl sulfoxide, 二甲亚砜)都是常用的亚硫酰基添加剂,亚硫酰基添加剂还原分解形成SEI膜的主要成分是无机盐Li2S、Li2SO3 或Li2SO4 和有机盐ROSO2Li,碳负极界面的成膜能力大小依次为:ES>PS>>DMS>DES,链状亚硫酰基溶剂不能用作PC基电解液的添加剂,因为它们不能形成有效的SEI 膜,但可以与EC溶剂配合使用,高粘度的EC 具有强的成膜作用,可承担成膜任务,而低粘度的DES 和DMS 可以保证电解液优良的导电性磺酸酯是另一种硫代有机成膜添加剂,不同体积的烷基磺酸酯如1,3-丙烷磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、甲基磺酸乙酯和甲基磺酸丁酯具有良好的成膜性能和低温导电性能,是近年来人们看好的锂离子电池有机电解液添加剂有机成膜添加剂-卤代有机成膜添加剂卤代有机成膜添加剂包括氟代、氯代和溴代有机化合物。