锂离子电池功能电解液研究进展

锂离子电池功能电解液研究进展摘要：电解液从有机溶剂、电解质锂盐、添加剂三个方面,论述了锂离子电池的电解液研究进展情况。其中有机溶剂仍以碳酸酯为主,研究的重点是寻找功能添加剂;在电解液组成方面，找到具有高的介电常数和能在石墨类电极表面形成有效SEI的有机溶剂，并且找到具有良好电导率、稳定电化学性能的电解质。

关键词：锂离子电池；电解液；安全性能；添加剂

锂离子电池电解液及功能添加剂的研究已经成为当今锂离子电池研究的一个焦点。有机溶剂和电解质的性能直接影响着锂离子电池的工作性能。而其中锂离子电池的安全性能越来越受到重视，寻求改善锂离子电池安全性能的添加剂，已成为我们研究的一个首要任务。目前，国内在这方面的研究还比较少，从长远来看，我们还得继续这一方面的研究。

1电解液的组成

正极材料、负极材料和电解液是组成锂离子电池的三大要素。正负极材料作为锂离子电池的核心，目前已经受到了相当大的重视。锂离子电池的电解液是由有机溶剂、电解质锂盐和功能添加剂组成。电解液在电池中承担着正负极之间传输电荷的作用，对电池的比容量、工作温度范围、循环效率及安全性能等起着至关重要的作用。有机溶剂、电解质锂盐和添加剂是锂离子电池电解液研究的三个方面。

1.1有机溶剂

常见的有机溶剂主要由碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯等组成。

碳酸丙烯酯在商业电池中使用较早，但其对石墨类碳的兼容性较差，难以在石墨类碳电极表面形成有效的SEI膜，易于溶剂化的Li+共嵌入石墨层间[1]，使石墨片层剥离。研究发现，在PC中加入少量邻苯二酚碳酸酯，可抑制其在石墨负极的分解[2]；丙烯亚硫酸酯（PS）或乙烯亚硫酸酯（ES）[3]或氯代碳酸乙烯酯（Cl-EC）[4]，可抑制其插入石墨电极，并有利于生成SEI膜，提高电极的可逆循环性能。

碳酸乙烯酯具有较高的介电常数，在高度石墨化碳材料表面会形成致密的分解产物ROCO2Li。然而，碳酸乙烯酯的熔点（37℃）较高，其在低温条件下不易溶解，需与其他溶剂配合使用，如在碳酸乙烯酯中加入摩尔比1:1的甲基乙烯酯（MA），可以提高低温性能。

链状碳酸酯具有低介电常数、低黏度等特点，一般不能单独使用，作为共溶剂或与配合碳酸酯使用[5]。国内常用的电解液体系有EC+DEC、EC+DMC、EC+DMC+DEC、EC+DMC+EMC等。

1.2电解质

电解质作为锂离子电池的基础原料之一，直接影响着锂离子电池的工作性能。电解质锂盐不仅是电解质中锂离子的提供者，其阴离子也是决定电解质物理和化学性能的主要因素。目前报道的锂盐主要有高氯酸锂（LiClO4）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、四氟硼酸锂（LiBF4）、三氟甲基磺酸锂（LiCF3SO3）和六氟磷酸锂（LiPF6）。LiClO4广泛应用于实验电池中，

但由于LiClO4是一种强氧化剂，在受撞击时容易发生爆炸，工业上为避免出现安全事故，所以已被排除。由于As具有毒性，且LiAsF6价格比较高，它的使用也受到了限制。LiBF4、LiCF3SO3在有机溶剂中的电导率偏低，不适合在锂离子电池工业中大规模使用。含有LiPF6的有机电解液具有良好的电导率、稳定的电化学性能，但是LiPF6不稳定，易吸水，在溶液中分解会产生微量的LiF及PF5，对电池会产生不良影响。目前对锂盐的研究主要是对LiPF6进行改性，如K.Fusaji[2]通过一系列对比研究，得到了具有高度电化学稳定性且在有机溶剂中有较好溶解度的LiPF6-n（CF3）n。M.Schmidt[3]研究的LiPF3（C2F5）3具有制备简单，不易水解，闪点高等优点。另一方面是寻找能替代LiPF6的性能更好的新型有机电解质锂盐，Fusajikita[4]等报道LiN（C4F9SO2）（CF3SO2）和LiN（CHOSO2）（CF3）2具有高的电化学稳定性和电导率。Wang[5]等研究的LiN（SO2CF2CF3）2电解液体系在高压下有良好的的氧化稳定性和合适的沸点，并且具有较好的热稳定性以及非常好的锂循环效率。

2电解液添加剂

有机电解液中添加少量的某些物质，能显著改善电池的某些性能，这些少量物质称为功能添加剂。加入少量添加剂是改善电池安全性的一个重要方法。目前，锂离子电池电解液功能添加剂的研究主要集中在以下六个方面：改善电极SEI膜性能、提高电解液低温性能、提高电解液电导率、改善电解质热稳定性、改善电池安全性能和电解液的循环稳定性。

3结论

锂离子电池的电解液中有机溶剂和锂盐研究的发展相互促进,相互制约。为了满足要求,特别在能量方面及高低温使用安全性方面,我们可以通过选择物性适当的有机溶剂或调整溶剂-溶质的相容性,优化电解液的组成来实现。在电解液中加入一定量的添加剂，就能显著改善锂离子电池的安全性能和使用性能。此外,可以通过研究电解液和电极的相容性及寻找与开发各类功能添加剂来不断完善锂离子电池的性能。

参考文献：

[1]廖红英,程宝英,郝志强.锂离子电池电解液[J].产业论坛,2003,9(118):34-37.

[2]庄全超,武山.锂离子电池有机电解液热稳定性研究[J].电池工业,2004,9(6):315-319.

[3]许梦清,左晓希,李伟善,等.锂离子电池电解液功能添加剂的研