充电锂电池电解液超全面介绍

最近三星NOTE7的爆炸事件想必大家一定有所耳闻，但和其感叹那些令人触目惊心的照片，我们更应该对事件的原因好好分析一番。事后三星电子我国区称，在我国地区销售的GalaxyNote7供应商是ATL，采用的并非是由供应商三星SDI制造的会发生爆炸的电池。据SDI内部人士的评论分析，手机电池起火的原因是由于电池R角位出现了导致正负极短路的问题，电池采用卷绕工艺制作，使用的是常规的液态锂离子电池电解液。

好了，关键来了!我们了解，常规的锂离子电池采用的都是非水有机溶剂，当电池由于内部短路而发热时，电解液受热分解出现气体，轻则电池膨胀，重则导致电池爆炸。

那么"神秘"的电解液到底是什么呢？小编通过搜寻各方资料整理了有关电解液的相关知识，接下来就听小编来一一解析。

在传统电池中，通常使用水作为溶剂的电解液体系，但是由于水的理论分解电压为1.23V，考虑到氢或氧的过电位，以水为溶剂的电解液体系的电池电压最高也只有2V左右（例如铅酸电池）；在锂离子电池中，电池的工作电压通常高达3~4V，传统的水溶液已不再适用，因此必须采用非水电解液体系作为锂离子电池的电解液。其中非水有机溶剂是电解液的主体成分。

一、电解液的重要成分

电解液重要由三部分构成：

（1）溶剂：环状碳酸酯（pC、EC）；链状碳酸酯（DEC、DMC、EMC）；羧酸酯类（MF、MA、EA、MA、Mp等）；（用于溶解锂盐）

（2）锂盐：LipF6、LiClO4、LiBF4、、LiAsF6等；

（3）添加剂：成膜添加剂、导电添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂、控制电解液中H2O和HF含量的添加剂、改善低温性能的添加剂、多功能添加剂；

用于锂离子电池的电解质一般应该满足以下基本要求：

a.高的离子电导率，一般应达到1x10-3~2x10-2S/cm；

b.高的热稳定性和化学稳定性，在较宽的电压范围内不发生分离；

c.较宽的电化学窗口，在较宽的电压范围内保持电化学性能的稳定；

d.和电池其他部分例如电极材料、电极集流体和隔膜等具有良好的相容性；

e.安全、无毒、无污染性。

重要溶剂组分理化参数：

重要溶剂组分充电过程中的反应：

几种常用锂盐的简单性能比较：

LiBF4：低温性能比较好，但是价格昂贵和溶解度比较低；

LipF6：综合性能比较好，缺点是易吸水水解；

LiAsF6：综合性能比较好，但是毒性太大；

LiClO4：综合性能比较好，但是强氧化性导致安全性不高；

LiBOB：高温性能比较好，尤其能拟制溶剂对负极的插入破坏，但是溶解度太低。

电解质锂盐在充电过程中的反应：

电解质锂盐的一些理化参数：

二、电解液添加剂重要分类：

成膜添加剂：

优良的SEI膜（固体电解质薄膜）具有有机溶剂不容性，允许锂离子自由的进出电极而溶剂分子无法穿越，从而阻止溶剂分子共插对电极的破坏，提高电池的循环效率和可逆容量等性能。

其重要分为无机成膜添加剂（SO2、CO2、CO等小分子以及卤化锂等）和有机成膜添加剂（氟代、氯代和溴代碳酸酯等，借助卤素原子的吸电子效应提高中心原子的得电力能力，使添加剂在较高的电位条件下还原并有效钝化电极表面，形成稳定的SEI膜。）另有Sony公司专利报道，在锂离子电池非水电解液中加入微量苯甲醚或其卤代衍生物，能改善电池的循环性能，减少电池不可逆容量的损失。

导电添加剂：

对提高电解液导电能力的添加剂的研究重要着眼于提高导电锂盐的溶解和电离以及防止溶剂共插对电极的破坏。

其按用途类型可分为和阳离子用途型（重要包括一些胺类和分子中含有两个氮原子以上的芳香杂环化合物以及冠醚和穴状化合物）、和阴离子用途型（阴离子配体重要是一些阴离子受体化合物，如硼基化合物）及和电解质离子用途型（中性配体化合物重要是一些富电子基团键合缺电子原子N或B形成的化合物，如氮杂醚类和烷基硼类）。

阻燃添加剂：

作为商业化应用，锂离子蓄电池的安全问题依然是制约其应用发展的重要因素。锂离子蓄电池自身存在着许多安全隐患，如充电电压高，而且电解质多为有机易燃物，若使用不当，电池会发生危险甚至爆炸。因此，改善电解液的稳定性是改善锂离子电池安全性的一个重要方法。在电池中添加一些高沸点、高闪点和不易燃的溶剂可改善电池的安全性。

重要分为(1)有机磷化物(2)有机氟代化合物(3)卤代烷基磷酸酯

过充保护添加剂：

关于采用氧化还原对进行内部保护的方法人们进行了广泛的研究，这种方法的原理是通过在电解液中添加合适的氧化还原对，在正常充电时这个氧化还原对不参加任何化学或电化学反应，而当电池充满电或略高于该值时，添加剂开始在正极上氧化，然后扩散到负极发生还原反应，如下式所示。

正极：R→O+ne-

负极：O+ne-→R

最佳的过充电保护添加剂应该具有4.2~4.3V的截止电压，从而满足锂离子蓄电池大于4V电压的要求，总的来说，这一部分的研究工作还有待进一步研究。