研发5V电解液系统是迫切需要解决的关键问题

锂离子电池高电压正极资料是近年来研讨的热点，而与之相适应的高压电解液也成为了研讨重点。规划并制备具有更好的功能，更高的能量和电压的新式锂离子电池，是电源范畴的一个研讨热点。近几年，以LiNi0.5Mn1.5O4和LiCoPO4为代表的高电压正极资料发展迅速，而与之匹配的电解液则相对落后。因而，研发5V电解液系统是迫切需要解决的关键问题。

传统电解液

1、碳酸酯类溶剂

传统碳酸酯溶剂由于电导率高、锂盐溶解度良好以及能在负极外表构成稳定的固体电解质界面膜（SEI膜）而一直被视作一般用途电解液溶剂的不贰选择。可是，传统碳酸酯在高电压电池系统中适用性并不好，这是由于传统碳酸酯溶剂的氧化电位较低，极易在高电位下提前发作氧化分解。另外，锂离子电池电解液中水分的含量一直被认为是决定电池质量的关键标准，高电压电解液关于水分的要求则更高，假如电解液中水含量略高，将会大大下降电解液的耐氧化功能。

2、离子液体

离子液体是完全由阳离子和阴离子构成，在室温附近呈液态，而且可以导电的盐。离子液态具有低挥发性、低可燃性、高离子导电性和较宽的电化学窗口等许多共同的优势。由于这些特点，近年来离子液体得到广泛的研讨而且用作提高锂离子电池在高容量、高电压下的电化学和热稳定功能的新式电解液。研讨标明，吡咯和哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺盐的离子液体较常规的LiPF6基电解液系统更加适合用作5V高电压电解液资料。

可是离子液体有着十分明显的缺陷：

（1）制备本钱高，无法在工业上大规模运用；

（2）尽管离子液态有较高的离子导电性，可是相关于液体电解液而言，其电导率仍然偏低；

（3）离子液态遍及黏度大，不利于锂电池的大倍率充放电。

新式液体电解液

开发新式电解液系统是研讨锂离子高电压电解液中关注最多的方向，主要包括：氟代溶剂、腈类化合物、砜类化合物和其他新式溶剂化合物。

1、氟代溶剂

由于氟原子有强电负性和弱极性，使氟代溶剂具有较高的电化学稳定性。研讨人员研讨了一系列氟代的有机碳酸酯溶剂，发现在碳酸酯溶剂中引入氟元素代替后，该含氟碳酸酯的抗氧化功能会得到明显提高。氟代碳酸乙烯酯、甲基－2,2,2－三氟乙基碳酸酯和乙基－2,2,2－三氟乙基碳酸酯的氧化电位远高于未氟代的碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）和碳酸乙基酯（DEC）。可是跟着被氟原子代替的氢原子增多，溶剂关于LiPF6的溶解度就会大大减缩。

2、腈类溶剂

研讨人员等在研讨双电层电容器的过程中首次发现戊二腈和己二腈具有高达8.3V的抗氧化电位，其电化学窗口比一切的非质子溶剂的都要宽。可是，腈类溶剂与石墨负极的相容性较差，跟着循环的增加，电池内阻也不断增大，大大下降了电池的循环功能。利用EC和双草酸二氟硼酸锂（LiBOB）能在石墨负极外表构成稳定SEI膜的特性，将EC和LiBOB作为添加剂参加电解液，可以有用改进腈类溶剂与石墨负极的相容性较差这一问题。

3、砜类溶剂

砜类溶剂是当下研讨人员重点研讨的一种代替传统碳酸酯的溶剂。砜类溶剂做为电解液在不同范畴都有着十分广泛的运用，如锂离子电池、锂硫电池和锂空气电池。甲乙砜（EMS）和甲氧基乙基甲基砜的耐氧化电位超过了5.8V，而且与Mn系正极都有良好的相容性，可是它们与石墨负极的相容性很差，因而不能用在以石墨为负极的电池中。

4、其他高电压系统

LiBOB和草酸二氟硼酸锂（LiODFB）都能在纯碳酸丙烯酯（PC）溶剂系统中在石墨附近外表构成一层稳定的SEI膜的电解质锂盐，它们和VC一样都是常见的负极外表成膜添加剂。研究发现，比较于TMS和LiPF6，TMS与LiBOB、LiODFB的相容性十分好。TMS和LiBOB、LiODFB组成的电解液不但能构成稳定的SEI膜，而且还能有用下降电池内阻。近年来，LiBOB在正极外表能构成保护高电压正极资料的这一特性也引起了人们越来越广泛地关注，如在匹配于传统高电压正极资料的电解液中参加LiBOB能增强电池的循环功能。通过研讨LiBOB在正极外表生成的SEI膜的现象，发现参加LiBOB后能有用地保护电解液的氧化分解。同时通过理论核算，研讨了LiBOB在电极外表的氧化分解机理：LiBOB开环发作两两聚合构成一层保护膜，在外侧由于开环而暴露出来的B原子能吸引PF－６和F－与之结合，然后到达防止电解液分解的意图。

总的来说，锂离子电池高电压电解液得到了许多研讨者的关注，成为了锂离子电池电解液最主要的研讨方向，不同高电压电解液系统都各自有优缺陷。由于新式溶剂系统的开发和运用本钱较高，目前尚无新式溶剂能完全代替碳酸酯基溶剂；假如能大幅下降生产和运用本钱，提高与负极资料的相容性，新式溶剂系统电解液就有希望可以完全代替碳酸酯基溶剂。所以，需要做更加细致的研讨，跟着研讨的不断深入，新式溶剂系统电解液一定会有更广泛的运用前景。