電解液是鋰離子電池四大關(guān)鍵材料之一，被稱(chēng)為鋰離子電池的“血液”，它的作用是在電池中正負(fù)極之間傳導(dǎo)電子，也是鋰離子電池獲得高壓。高比能等優(yōu)點(diǎn)的重要保證，本文主要講解一下鋰電池電解液成分的主要構(gòu)成，鋰電池電解液的優(yōu)勢(shì)。

鋰電池電解液成分的主要構(gòu)成鋰電池電解液的優(yōu)勢(shì)

鋰電池電解液成分的主要構(gòu)成

電解液主要由三部分構(gòu)成：

（1）溶劑：環(huán)狀碳酸酯（PC、EC）；鏈狀碳酸酯（DEC、DMC、EMC）；羧酸酯類(lèi)（MF、MA、EA、MA、MP等）；（用于溶解鋰鹽）

（2）鋰鹽：LiPF6、LiClO4、LiBF4、、LiAsF6等；

（3）添加劑：成膜添加劑、導(dǎo)電添加劑、阻燃添加劑、過(guò)充保護(hù)添加劑、控制電解液中H2O和HF含量的添加劑、改善低溫性能的添加劑、多功能添加劑；

用于鋰離子電池的電解質(zhì)一般應(yīng)該滿足以下基本要求：

a.高的離子電導(dǎo)率，一般應(yīng)達(dá)到1x10-3~2x10-2S/cm；

b.高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，在較寬的電壓范圍內(nèi)不發(fā)生分離；

c.較寬的電化學(xué)窗口，在較寬的電壓范圍內(nèi)保持電化學(xué)性能的穩(wěn)定；

d.與電池其他部分例如電極材料、電極集流體和隔膜等具有良好的相容性；

e.安全、無(wú)毒、無(wú)污染性。

鋰電池電解液成分的主要構(gòu)成鋰電池電解液的優(yōu)勢(shì)

鋰電池電解液的種類(lèi)

1、液體電解液

電解質(zhì)的選用對(duì)鋰離子電池的性能影響非常大，它必須是化學(xué)穩(wěn)定性能好尤其是在較高的電位下和較高溫度環(huán)境中不易發(fā)生分解，具有較高的離子導(dǎo)電率(>10-3S/cm)，而且對(duì)陰陽(yáng)極材料必須是惰性的、不能侵腐它們。由于鋰離子電池充放電電位較高而且陽(yáng)極材料嵌有化學(xué)活性較大的鋰，所以電解質(zhì)必須采用有機(jī)化合物而不能含有水。但有機(jī)物離子導(dǎo)電率都不好，所以要在有機(jī)溶劑中加入可溶解的導(dǎo)電鹽以提高離子導(dǎo)電率。目前鋰離子電池主要是用液態(tài)電解質(zhì)，其溶劑為無(wú)水有機(jī)物如EC、PC、DMC、DEC，多數(shù)采用混合溶劑，如EC/DMC和PC/DMC等。導(dǎo)電鹽有LiClO4、LiPF6、LiBF6、LiAsF6等,它們導(dǎo)電率大小依次為L(zhǎng)iAsF6>LiPF6>LiClO4>LiBF6。LiClO4因具有較高的氧化性容易出現(xiàn)爆炸等安全性問(wèn)題，一般只局限于實(shí)驗(yàn)研究中；LiAsF6離子導(dǎo)電率較高易純化且穩(wěn)定性較好，但含有有毒的As，使用受到限制；LiBF6化學(xué)及熱穩(wěn)定性不好且導(dǎo)電率不高，雖然LiPF6會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，但具有較高的離子導(dǎo)電率，因此目前鋰離子電池基本上是使用LiPF6。目前商用鋰離子電池所用的電解液大部分采用LiPF6的EC/DMC，它具有較高的離子導(dǎo)電率與較好的電化學(xué)穩(wěn)定性。

2、固體電解液

用金屬鋰直接用作陽(yáng)極材料具有很高的可逆容量，其理論容量高達(dá)3862mAh·g-1，是石墨材料的十幾倍，價(jià)格也較低，被看作新一代鋰離子電池最有吸引力的陽(yáng)極材料，但會(huì)產(chǎn)生枝晶鋰。采用固體電解質(zhì)作為離子的傳導(dǎo)可抑制枝晶鋰的生長(zhǎng)，使得金屬鋰用作陽(yáng)極材料成為可能。此外使用固體電解質(zhì)可避免液態(tài)電解液漏液的缺點(diǎn)，還可把電池做成更薄(厚度僅為0.1mm)、能量密度更高、體積更小的高能電池。破壞性實(shí)驗(yàn)表明固態(tài)鋰離子電池使用安全性能很高，經(jīng)釘穿、加熱(200℃)、短路和過(guò)充(600%)等破壞性實(shí)驗(yàn)，液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池會(huì)發(fā)生漏液、爆炸等安全性問(wèn)題，而固態(tài)電池除內(nèi)溫略有升高外(<20℃)并無(wú)任何其它安全性問(wèn)題出現(xiàn)。固體聚合物電解質(zhì)具有良好的柔韌性、成膜性、穩(wěn)定性、成本低等特點(diǎn)，既可作為正負(fù)電極間隔膜用又可作為傳遞離子的電解質(zhì)用。

固體聚合物電解質(zhì)一般可分為干形固體聚合物電解質(zhì)(SPE)和凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)。SPE固體聚合物電解質(zhì)主要還是基于聚氧化乙烯(PEO)，其缺點(diǎn)是離子導(dǎo)電率較低，在100℃下只能達(dá)到10-40cm。在SPE中離子傳導(dǎo)主要是發(fā)生在無(wú)定形區(qū)，借助聚合物鏈的移動(dòng)進(jìn)行傳遞遷移。PEO容易結(jié)晶是由于其分子鏈的高規(guī)整性，而晶形化會(huì)降低離子導(dǎo)電率。因此要想提高離子導(dǎo)電率一方面可通過(guò)降低聚合物的結(jié)晶度，提高鏈的可移動(dòng)性，另一方面可通過(guò)提高導(dǎo)電鹽在聚合物中的溶解度。利用接枝、嵌段、交聯(lián)、共聚等手段來(lái)破壞高聚物的結(jié)晶性能，可明顯地提高其離子導(dǎo)電率。此外加入無(wú)機(jī)復(fù)合鹽也能提高離子導(dǎo)電率。在固體聚合物電解質(zhì)中加入高介電常數(shù)低相對(duì)分子質(zhì)量的液態(tài)有機(jī)溶劑如PC則可大大提高導(dǎo)電鹽的溶解度，所構(gòu)成的電解質(zhì)即為GPE凝膠聚合物電解質(zhì)，它在室溫下具有很高的離子導(dǎo)電率，但在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生析液而失效。凝膠聚合物鋰離子電池已經(jīng)商品化。

鋰電池電解液成分的主要構(gòu)成鋰電池電解液的優(yōu)勢(shì)

鋰電池電解液的優(yōu)勢(shì)

電解液在鋰電池正、負(fù)極之間起到傳導(dǎo)電子的作用，是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點(diǎn)的保證。電解液一般由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、必要的添加劑等原料，在一定條件下、按一定比例配制而成的。

鋰電池主要使用的電解質(zhì)有高氯酸鋰、

六氟磷酸鋰等。但用高氯酸鋰制成的電池低溫效果不好，有爆炸的危險(xiǎn)，日本和美國(guó)已禁止使用。而用含氟鋰鹽制成的電池性能好，無(wú)爆炸危險(xiǎn)，適用性強(qiáng)，特別是用六氟磷酸鋰制成的電池，除上述優(yōu)點(diǎn)外，將來(lái)廢棄電池的處理工作相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)生態(tài)環(huán)境友好，因此該類(lèi)電解質(zhì)的市場(chǎng)前景十分廣泛。

鋰電池電解液的具備條件

鋰離子電池采用的電解液是在有機(jī)溶劑中溶有電解質(zhì)鋰鹽的離子型導(dǎo)體。一般作為實(shí)用鋰離子電池的有機(jī)電解液應(yīng)該具備以下性能：

(1)離子電導(dǎo)率高，一般應(yīng)達(dá)到10-3～2*10-3S/cm；鋰離子遷移數(shù)應(yīng)接近于1；

(2)電化學(xué)穩(wěn)定的電位范圍寬；必須有0～5V的電化學(xué)穩(wěn)定窗口；

(3)熱穩(wěn)定好，使用溫度范圍寬；

(4)化學(xué)性能穩(wěn)定，與電池內(nèi)集流體和恬性物質(zhì)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

鋰電池電解液成分的主要構(gòu)成鋰電池電解液的優(yōu)勢(shì)

(5)安全低毒，最好能夠生物降解。

適合的溶劑需其介電常數(shù)高，粘度小，常用的有烷基碳酸鹽如PC，EC等極性強(qiáng)，介電常數(shù)高，但粘度大，分子間作用力大，鋰離于在其中移動(dòng)速度慢。而線性酯，如DMC(二甲基碳酸鹽)、DEC(二乙基碳酸鹽)等粘度低，但介電常數(shù)也低，因此，為獲得具有高離子導(dǎo)電性的溶液，一般都采用PC+DEC，EC+DMC等混合溶劑。這些有機(jī)溶劑有一些味道，但總體來(lái)說(shuō)，都是能符合歐盟的RoHS,REACH要求的，是毒害性很小、環(huán)保有好性的材料。

目前開(kāi)發(fā)的無(wú)機(jī)陰離子導(dǎo)電鹽主要有LiBF4,LiPF6,LiAsF6三大類(lèi)，它們的電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性和耐氧化性次序如下：

電導(dǎo)率：LiAsF6≥LiPF6>LiClO4>LiBF4

熱穩(wěn)定性：LiAsF6>LiBF4>LiPF6

耐氧化性：LiAsF6≥LiPF6≥LiBF4>LiClO4

LiAsF6有非常高的電導(dǎo)率、穩(wěn)定性和電池充電放電率，但由于砷的毒性限制了它的應(yīng)用。目前最常用的是LiPF6。

總的來(lái)說(shuō)，鋰電池電解液的作用是非常大的，而且它的發(fā)展前景也是非常廣闊的，

鋰電池電解液是電池中離子傳輸?shù)妮d體，主要是由高純度的有機(jī)類(lèi)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、必要的添加劑等原料組成的，電解液一般由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽（六氟磷酸鋰，LiFL6）、必要的添加劑等原料，在一定條件下，按一定比例配制而成的。