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分析鋰離子電池電解液技術的未來的發展

鉅大LARGE  |  點擊量:774次  |  2021年06月07日  

隨著全球多樣化的發展,我們的生活也在不斷變化著,包括我們接觸的各種各樣的電子產品,那么你一定不了解這些產品的一些組成,比如鋰離子電池電解液。


鋰離子電池電解液是不可忽視的一個方面,畢竟占據電池成本15%的電解液也確實在電池的能量密度、功率密度、寬溫應用、循環壽命、安全性能等方面扮演著至關重要的角色。電解液是鋰離子電池四大關鍵材料正極、負極、隔膜、電解液之一,號稱鋰離子電池的“血液”,在電池中正負極之間起到傳導電子的用途,是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優點的保證。


電解液是電池正負極之間起傳導用途的離子導體,由電解質鋰鹽、高純度的有機溶劑和必要的添加劑等原料以一定的比例配成,在電池的能量密度、功率密度、寬溫應用、循環壽命、安全性能等方面扮演著至關重要的角色。鋰離子電池由外殼、正極、負極、電解液和隔膜組成,其中電極材料無疑是大家關注和研究的焦點。但與此同時,電解液也是不可忽視的一個方面,畢竟占據電池成本15%的電解液也確實在電池的能量密度、功率密度、寬溫應用、循環壽命、安全性能等方面扮演著至關重要的角色。


電解液一般由高純度的有機溶劑、電解質鋰鹽、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。重要使用的電解質有高氯酸鋰、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,日本和美國已禁止使用。而用含氟鋰鹽制成的電池性能好,無爆炸危險,適用性強,特別是用六氟磷酸鋰制成的電池,除上述優點外,將來廢棄電池的處理工作相對簡單,對生態環境友好,因此該類電解質的市場前景十分廣泛。


大功率電解液:目前,商用鋰電子電池難以實現高速率持續放電。重要的原因是電池接線片會出現嚴重的熱量,并且內部電阻會導致電池的整體溫度過高,從而容易導致熱失控。因此,電解質應能夠防止電池在保持高電導率的同時過快升溫。關于動力鋰離子電池,實現快速充電也是電解質發展的重要方向。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

寬溫度電解質:高溫下電池容易分解電解質,并加劇材料與電解質零件之間的副反應;在低溫下,可能會出現電解質鹽沉淀,并且SEI膜的負阻抗會翻倍。所謂寬溫度電解液就是要使電池具有更寬的工作環境。


安全電解液:電池的安全性在燃燒甚至爆炸中很重要。首先,電池本身是易燃的。因此,當電池過度充電,過度放電,短路時,溫度過高可能會導致安全事故。因此,阻燃劑是安全電解質研究的重要方向。通過向常規電解質中添加阻燃添加劑來獲得阻燃功能。通常,使用磷基或鹵素基阻燃劑。要求阻燃添加劑的價格合理,并且不會損害電解質的性能。此外,使用室溫離子液體作為電解質也進入了研究階段,這將完全消除電池中易燃有機溶劑的使用。另外,離子液體具有極低的蒸氣壓,良好的熱/化學穩定性和不燃性的特點,這將大大提高鋰離子電池的安全性。


長周期電解液:由于目前鋰離子電池的回收利用,特別是動力鋰離子電池的回收利用,仍然存在較大的技術難度,因此延長電池壽命是緩解這種情況的一種方法。長周期電解質的研究思路有兩個重點。一種是電解質的穩定性,包括熱穩定性,化學穩定性和電壓穩定性。另一個是與其他材料的穩定性,這要求與電極形成穩定的膜。隔膜不會氧化,集電器也不會腐蝕。


在研究設計過程中,一定會有這樣或著那樣的問題,這就要我們的科研工作者在設計過程中不斷總結相關經驗,這樣才能促進產品的不斷革新。


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