电池材料培训-Dr Rao

1、6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,锂离子电池材料,Preparedby:GaoBiaoApprovedby:Dr.RaoDate:Feb-2014,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,Outline,锂离子电池介绍正极材料负极材料隔离膜电解液,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,锂离子电池介绍,随着工业社会的发展，传统能源如煤、石油、天然气的日益减少，随着技术进步所带来的便携式电子设备(如移动电话等)的广泛采用，及其对高能电池的需求

2、，人们对高能量密度、长循环寿命、高性能价格比的电池的追求日趋强烈锂离子电池是1992年才开始商品化的一种新型高能可充放电池。在便携式电子设备、电动车、空间技术、国防工业等领域都有良好的应用前景。,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,商业化的锂离子电池LiCoO2/C(RockychairType),锂离子电池介绍,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,电池反应:6C+LiCoO2,锂离子电池介绍,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,锂离

3、子电池六要素,锂离子电池介绍,隔膜,(碳酸酯+LiPF6,锂离子传输通道),包装膜,电极端子,正极,负极,电解液,(PP或PE,防止阴阳极短路,离子导通,电子绝缘),(Ni(Cu)、Al,电子通道,连接外电路),(软包装,硬壳,提供良好的电化学环境),(石墨,锂离子仓库),(LiCoO2,LiFePO4等,提供锂离子),负极材料,锂离子用负极材料分类:碳素材料/非碳负责材料/纳米负极材料,2020/6/16,负极材料-碳素材料,石墨：碳单质的一种,分天然石墨和人造石墨软碳：即易石墨化碳，2500以上能石墨化的无定形碳。结晶度低，d002较大，不可逆容量高，无明显电位平台。常见有石油焦、碳纤维等

4、。硬碳：即难石墨化碳，是高分子聚合物的热解产物。常见的有树脂碳、碳黑等。,2020/6/16,负极材料-石墨,天然石墨无定形石墨(2H)纯度低，d002=0.336nm,可逆容量260mAh/g,不可逆容量大于100mAh/g;鳞片石墨(2H+3R)d0020.335nm，可逆容量高达300350mAh/g，不可逆容量小于50mAh/g;人造石墨中间相炭微球MCMB为高度有序的层面堆积结构。700以下处理时，锂的嵌入容量高达600mAh/g以上，但不可逆容量较高。2800以上处理时，可逆容量达300mAh/g，不可逆容量小于10。石墨纤维,石墨分类：,6/16/2020,负极材料-石墨,202

5、0/6/16,负极材料-石墨,MCMB（人造石墨）,鳞片天然石墨,球形天然石墨,2020/6/16,石墨材料的物理性能比较,负极材料-石墨,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,负极材料-石墨,石墨层间化合物GraphiteintercalatedCompound(GIC),2020/6/16,天然石墨作负极材料的优点,真密度高，嵌锂容量大，首次效率高，放电电压平稳电池具有较大比重和比容电量，输出功率恒定；晶体结构完整、导电性好锂离子嵌入和逸出迅速,利于实施大倍率充放电;导热性好，比表面积小电池安全性好;价格便宜。,2020/6/16,15,

6、天然石墨负极材料的缺点,与电解液相容性差造成电解液溶剂（PC、EC）分解，首次库仑效率低，电池凸胀；电解液溶剂与锂离子嵌入造成石墨层剥离，加剧电解液分解，循环寿命差；电极片中石墨层与集电极片平行不利于电解液的浸渍,造成电池中锂离子迁移受阻，内阻增大，充放电时，电极片存垂直极片方向反复凸胀和收缩，活性材料与铜箔剥离，电池损坏。,2020/6/16,负极材料-软碳和硬碳,软碳即易石墨化碳，是指在2500以上的高温下能石墨化的无定形碳。软碳的结晶度(即石墨化度)低，晶粒尺寸小，晶面间距(d002)较大，与电解液的相容性好，但首次充放电的不可逆容量较高，输出电压较低，无明显的充放电平台电位。常见的软碳

7、有石油焦、针状焦、碳纤维、碳微球等硬碳是指难石墨化碳，是高分子聚合物的热解碳，这类碳在2500以上的高温也难以石墨化。常见的硬碳有树脂碳(如酚醛树脂、环氧树脂、聚糠醇PFA-C等),石墨,软碳,硬碳,2020/6/16,负极材料-硬碳和软碳,软碳,硬碳,负极材料硬碳,硬碳具有高于石墨理论容量的嵌锂能力（不同的嵌锂机理）1)Li占据最邻近的晶格点；2)Li嵌入碳材料的纳米微孔中；3)硬碳和非常无序的软碳主要是单层C原子无序地彼此紧密链接，象大量散落的卡片一样，Li被吸附在C原子层的两面；4)在无序C每个微晶的外层石墨层可能形成多层Li原子层；5)Li嵌入在C原子层的ZigZag和Armchair

8、位置上。,Softcarboncanbegraphitizedathightemperature,whilehardcarboncant,1%expansion,硬碳,硬碳,2020/6/16,ATLConfidential,19,碳材料的改性,引入非金属(硼、氮、磷、硫）引入金属元素（钾、镁、铝）表面处理氧化处理（空气、氧气、臭氧）采用碳包覆（石油焦、焦炭）包覆金属及其氧化物（锡、锌、铝）采用聚合物包覆（聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺）采用机械化学法其他方法,2020/6/16,负极材料-非碳负极材料,氮化物合金材料锡基材料硅基材料氧化物硅，锡的氧化物尖晶石Li4Ti5O12,负极材料-氮化物,对于

9、氮化物研究源于Li3N具有较高离子导电性，锂离子更容易迁移，与过渡金属氧化物作用形成氮化物后可逆容量显著提高，也具有高离子导电性和过渡金属价态可变性，在结构上可分为CaF2型和Li3N型两种，最具代表性的材料分别为Li7MnN4和Li3-xCoxN.Li7MnN4比容量比较低，约为200mAh/g,但循环性能良好，充放电电压平坦，没有不可逆容量Li3-xCoxN比容量高，可达900mAh/g,没有不可逆容量，充放电平均电压为0.6V左右主要缺点：不稳定，对湿度敏感，循环性能不是特别理想,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,2020/6/16

10、,负极材料-合金材料,新型合金负极是在具有储锂活性的金属基础上加入另外一种或几种非活性物质作为载体形成的复合材料。按基体材料可以分为如：锡基合金:CuSn,SnSbx,etc硅基合金:NiSi,Si/AgSi/C,etc.锑基合金锗基合金等反应机理：Si+4.4LiLi4.4Si(theorycapacity:4200mAh/g)合金特点：1)克容量高2)循环性能较差3)首次效率低4)循环过程中存在明显的体积膨胀(e.g.Si-00%),负极材料-合金材料,充放电产生3倍的体积膨胀,合金类负极充放机理,负极材料-合金材料,6/16/2020,Reactionmechanismofalloysw

11、ithLi,Chemicalreaction,LithiatedM:M-largevolumeexpansionNesperetal.LixM:ionicbondingbrittlenaturepoormechanicalstability,锡及其化合物是锂离子电池非碳负极材料研究较多的领域。锡与锂可以形成Li22Sn4的合金，理论比容量994mAh/gxLi+MNy=LixMNy对材料的结构和体积没有造成明显变化，所以循环性能好，如Cu6Sn5在嵌锂的第1步形成与Li2CuSn相关的相xLi+MNy=LixM+yN贮锂相在非常小的尺寸范围内，均匀分散于非活性基体内的结构，如Sn2Fe等(x+

12、y)Li+MNz=yLi+LixM+zN=LixM+zLiy/zN这种反应方式获得了两个嵌锂相相互很好地扩散的结构，如SnSb等,负极材料-锡基合金,作用机理：xLi+Si=LixSiLi12Si17、Li13Si14、Li7Si3、Li22Si5等，优点：储锂容量很大，Si完全嵌入锂时形成的合金Li4.4Si，其理论容量达4200mAh/g.缺点：体积变化大，造成合金的粉化，容量急剧下降改性方法：1）引入非活性金属，如镍、镁、银等2）将Si纳米化：纳米硅颗粒，纳米硅薄膜，硅纳米线，硅纳米管,负极材料-硅基合金,负极材料-Si/C合金,Thisleadtopoorcapacityretenti

13、onduringcycling,Swellingofelectrode,Badparticlecontact,Badcyclingefficiencyandcyclelife,针对硅材料严重的体积效应，利用符合材料各组分之间的协同效应，达到优势互补的目的，其中硅/碳符合材料就是一个重要的研究方向,负极材料-Si/C合金,Si/Cx3000,SEM,Si/C开发类型,2020/6/16,负极材料-金属氧化物,金属氧化物有：SnO2,SnO,SiO,SiO0.8,SiO1.1,CoO,CuO,Co3O4etc特性：1)Capacityalwayslarge(e.gCo3O41200mAh/g)2)

14、Cycleperformancepoor3)Firstefficiencyislow4)Plateauishigherthangraphite5)Thecrystalline,particlesizeandmorphologygreatlyaffecttheproperty,负极材料-锡基氧化物,锡基氧化物作用机理：1）锡氧化物被还原成金属锡微粒SnO2+4Li+4eSn+2Li2O2）锂离子与金属锡微粒反应，形成锂合金yLi+Sn+ye=LiySn(y4.4),6/16/2020,优点：高理论比容量（790mAh/g)，低成本，低毒性,缺点：充放电过程体积膨胀高达50%以上，循环过程中锂离子

15、反复嵌入与脱出过程易出现“粉化”和“团聚”现象，导致电极电化学性能迅速下降，从而限制其在锂电池中广泛应用.,2020/6/16,负极材料-钛的氧化物,尖晶石结构导电性能差电位高（vs.Li)克容量：172mAh/g优点：锂离子的插入/脱插过程中晶体的结构稳定性好，接近零应变优良的循环性能，低温性能良好原材料来源丰富缺点：容量低电压平台低,2020/6/16,负极材料-钛的氧化物(Li4Ti5O12),2020/6/16,33,33,负极材料-锂钛氧材料(Li4Ti5O12),LTO,Graphite,LTO-A,LTO-B,LTO-C,2020/6/16,负极材料-锂钛氧材料(Li4Ti5O1

16、2),VolumechangeLTO0.2%vs.Graphite9%LongcyclelifeNoSEIpassivationlayerExcellentsafetyandLTrateperformance,2020/6/16,负极材料-纳米负极材料,目前已报道的有：SnSbx,SnAgx,FeSnx/FeSnC,CuSnx,C/Si,Nano-Si纳米过渡金属氧化物MO(M=Co,Ni,Cu,Fe,etc)特点:可逆容量高(600-800mAh/g)/循环差,受粒子大小,结晶性和形态影响大MO+2LiLi2O+M(M=Co,Ni,CuorFe),负极材料-未来走向,锂离子电池负极材料未来将

17、向着高容量、高能量密度、高倍率性能、高循环性能等方面发展。锂离子电池负极材料基本上都是石墨类碳负极材料，对石墨类碳负极材料进行表面包覆改性，增加与电解液的相容性、减少不可逆容量、增加倍率性能还是目前应用研究的一个热点。氧化物负极材料钛酸锂，对其进行掺杂，提高电子、离子传导性是目前应用研究的一个热点。非石墨类碳材料和合金和其它氧化物负极材料，虽然容量很高，但是循环稳定性问题一直未能解决，对其的改性研究仍在探索中，得到大规模的实际应用尚需时日。,37,正极材料-应具备的特性,1)具备低Fermi能级和低锂离子位能，可提供高的电池电压;2)单位质量的材料能允许尽可能多的锂离子进行可逆脱嵌，可提供高的

18、电池容量;3)锂离子在材料中的化学扩散系数高，具有快速充放电能力;4)在整个锂离子的脱嵌过程中，材料的主体结构和体积变化小,保证有良好的可逆性;5)良好的电子电导率;6)在整个电压范围内与电解液间具有良好的化学以及热稳定性;7)制备方法简便，成本低廉，且对环境无污染。,锂离子电池正极材料,目前研究较多的锂离子电池正极材料有LiCoO2、镍钴二元，镍钴锰、锰类化合物、LiFePO4等,正极材料-常见材料及性质,39,a=0.282nm,c=1.406nm,正极材料-LiCoO2,结构及电化学特征,41,LiCoO2的结构及电化学特征,(003）衍射峰反映的是六方结构，（104）衍射峰反映的是六方

19、结构和立方结构的总和。I(003)/I(104)比值越大，说明材料的六方晶胞有序化程度越高，越接近于理想的六方结构，晶体结构越完整。,LiCoO2的结构特征,充电过程中，c轴先变长再变短，a轴变短，晶胞体积先膨胀后缩小，XRD图谱上各个晶面的峰出现一定变化，最终全部转化成CoO2的峰脱锂过程中，O3结构现转变为P3结构，这个过程可逆P3结构会缓慢转变为O1结构，过程不可逆,LiCoO2的改性研究,体相掺杂：Li、B、Al、Mg、Ni、Cr、Mn、Fe等，用于改善体相的电导率，体相结构稳定性等表面包覆：MgO、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、ZnO、磷酸盐、碳、导电有机物等，用于稳定表

20、面结构，改善接触界面。,掺杂元素取代Co的位置形成M-O，一般认为M-O键能越强，结构越稳定掺杂元素在固溶体中的融合度越高，改善性能越显著一般认为，掺杂非过渡金属可以提高平台电压，而掺杂过渡金属元素可以提高容量,包覆后，充电过程中的晶格膨胀得到有效抑制包覆后，抑制阴极与电解液的副反应常见的商业包覆LCO:BD981(TiO2),KD20SB(Al2O3),44,正极材料-LiNiO2,理想的LiNiO2为-NaFeO2型六方层状结构，属R-3m空间群LiNiO2与LCO的结构相同，具有更好的导电性，但是稳定性很差：合成时Ni3+与Li+容易互相占位低自旋的Ni3+很容易发生Jahn-Telle

21、r效应，由六方结构转变为四方结构充放电过程中容易发生不可逆相变容易释氧而产生安全问题LiNiO2不适合应用，需要进行改性，其中Co、Al掺杂很成功,x=0,x=0.3,x=0.5,45,LiNiO2的研究焦点及主要改性方法,LiNiO2敏感的安全性结构不稳定电解液氧化分解热稳定性改性方法:体相掺杂：Co、Fe、Al、Mg、Ti、Mn、Ga、B等。,46,正极材料-LiMn2O4,LiMn2O4的结构与性质,充放电过程中具有三个平台，其中3.95V与4.1V的两个平台具有较好的循环可逆性在日本为主流的xEV材料，在中国大量应用于电动自行车，电动工具等LMO电池的高温存储和循环性能都比较差,LMO

22、电池循环较差的原因：电解液的氧化Mn2+的溶解4.2V左右的结构变化Jahn-Teller效应Li和Mn的互占位,48,LiMn2O4的研究焦点及主要改性方法,LiMn2O4敏感的高温性能Mn的溶解电解液的氧化高电压下两相结构的不稳定Jahn-Teller效应改性方法:体相掺杂：Al、Mg、Ti、Cr、Ga、Ni、Co等;减小材料表面积;表面修饰以及改善电解液/电极的兼容性。,49,正极材料-LiFePO4,b=1.0324nm,c=0.4694nm,a=0.6008nm,50,LiFePO4的研究焦点及主要改性方法,LiFePO4敏感的倍率特性与低温性能电子导电性锂离子在LiFePO4/Fe

23、PO4两相区的扩散改性方法:表面碳包覆;体相掺杂：Mg,Nb,Ti,Al,W,Zr等;减小颗粒尺寸。,51,正极材料-高电压(5V)尖晶石材料,应用挑战：改善晶体结构稳定性；提高电解液抗氧化性。,正极材料-5VLiMxMn2-xO4(Ni2+,Co3+,Cr3+,etc),CompositecarbonateprocessLiNi0.5Mn1.5O4showsthebestcycleabilityevenat50Sol-gelLiNi0.5Mn1.5O4retaint27%capacity/50cls/55whileitcoatedbynano-sizedZnOretains99%capaci

24、ty/50cls/55,正极材料-LiNi0.5Mn1.5O4(5V),两种空间结构：Fd3m结构：与LiMn2O4相同，Ni随机取代Mn，含有部分Mn3+，充放电曲线有4V平台。P4332结构：Ni有序的取代Mn，Mn全部以Mn4+存在Fd3m结构的电导率比P4332结构高具有尖晶石三维隧道结构，结构稳定，有较好的锂离子嵌入和脱嵌性能，有利于承受大电流充放电。LiNi0.5Mn1.5O4理论容量为146.7mAh/g，很多报道其实际放电容量可达130mAh/g以上，只有一个4.7V区高电压充放电平台，能量密度高，循环性能优良。所用的原料镍锰来源广泛、成本低，对环境友好、安全性能好，是一种很有

25、前景的动力电池正极材料。,正极材料-LiNixCoyAlzO2,(NiCo)O2的结构与CoO2的结构相似，但是脱Li之后并不形成P3结构，而是形成与O3结构相类似的O3，c轴变小；O3大约在Li为0.3时开始产生，因此具有很高的可逆容量；现在的NCA一般为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2NCA具有比LCO更优的导电性以及热稳定性，但是Ni4+的存在使其氧化性很强，因此需要较好的电解液目前，日本对NCA的使用最成熟，已经应用于很多高能量密度的电芯和EV电芯，国内还不成熟,正极材料-LiNixCoyMnzO2,与NCA不同的是，Mn为+4价，在晶格中作为支柱，不参与充放电，因此结构很稳

26、定，Co部分替代Ni，使氧化性降低，因此具有较好的化学稳定性在高电势时，为Co3+/Co4+的反应，低电势时为Ni3+/Ni4+和Ni2+/Ni3+的反应导电性较LCO差，电化学等性能也较差目前的开发方向是逐渐提升Ni的含量提高其克容量，应用最广的比例为LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2,LiNixCoyMzO2的改性,随着Ni含量的提高，应用时电解液氧化，安全性降低等问题逐渐暴露出来一般采用表面包覆手段对其进行改性，因为使用掺杂时，很难控制掺杂元素的取代位置包覆一般会降低其电化学性能，所以不宜过量目前较成功的包覆元素为Ti，Sr等,正极材料-

27、富锂锰基材料,在众多锂离子电池正极材料中，富锂锰基材料Li(LixM1x)O2因具有比容量高(250mAh/g)、原材料成本低等优点而受到研究者广泛关注.富锂锰材料结构复杂，不同制备方法对材料的结构、形貌、及电化学性能存在较大影响，现在普遍采用的制备方法为：共沉淀法：球形二次颗粒，振实密度较高喷雾热解法：均匀纳米颗粒，高放电容量，倍率相对较好简单固相法：操作简单燃烧法：均匀纳米颗粒，高放电容量，倍率相对较好熔融盐法：均匀纳米颗粒，高放电容量，倍率相对较好溶胶凝胶法缺点：首次放电效率低，倍率性能差，循环过程中放电平台降低,6/16/2020,Unauthorizedreproductionpro

28、hibited,正极材料-富锂锰基材料,改性手段：离子掺杂-稳定结构，改善倍率，提高循环稳定性表明改性（包覆，酸洗，球磨,etc)-提高首次充放电效率，改善倍率性能及循环性能还原气氛焙烧及控制一次颗粒尺寸-提高倍率性能，减小电化学阻抗,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,59,新一代锂离子电池的发展对正极材料的要求,1、高性能小型锂离子电池：需要高比容量的正极材料，LiCoO2只有140mAh/g比容量显然不能够满足其发展要求2、大容量动力型锂离子电池：需要低成本，耐过充性与热稳定性高的正极材料，提高其安全性能,隔离膜-特性要求,电绝缘体对

29、电解液(离子)的阻力非常小机械强度和尺寸稳定有足够强的机械强度满足相关操作要求对电解液、杂质、和电极反应等有化学耐腐蚀性能有效的阻止微小杂质、胶体或可溶性杂质在两极间的迁移容易被电解液浸润厚度和其他性能均一,隔膜-常用材料,聚合物多微孔隔膜：无纺布CCS离子交换膜支撑液膜固体聚合物电解质固体离子导体,多孔聚烯烃膜、PVDF、PA/PI、PMP、PAN,隔离膜-多孔聚烯烃膜（PP、PE或PP/PE/PP复合膜）,机械性能好化学稳定性好可接受的成本与电池化学相匹配可在没有严重的化学或物理性能退化的情况下循环使用几百次0,*温度与形貌有关,优点：,缺点：,与电解液浸润性差温度范围窄孔隙率低,隔离膜-

30、聚合物多微孔隔膜(PVDF),优点：,孔隙率可高达95%低内阻,缺点：,PVDFlossesitsmechanicalstrengthinL.E.,97%丙酮+3%PVDF-HFP2801+2%H2O(40),玻璃或金属箔,涂布(2535),固化干燥,转移,US20060081530,PPT:Symmetrix,PVDF隔膜供应商,上海三爱富日本吴羽杜邦LNP苏威,PVDF原料供应商,HFP:六氟丙烯,隔离膜-聚合物多微孔隔膜(PA/PI),机械性能好热稳定性好高孔隙率3887%低线膨胀5010-6/(200300),优点：,缺点：,没有热关闭性能,PPDA+s-BPDA+NMP(19wt%)

31、,聚合406h,前驱液(86wt%),+丁醇,PI前驱薄膜,PI多孔薄膜,100,EtOH+H2O,US6565962,Dupont:Energain-Spinning,江西先材-静电纺丝,PMP：poly(4-methyl-1-pentene),干法：tubularextrusionprocess,优点：,熔断温度为235,隔膜形貌和取向度与挤压应力肯PMP的分子量有关,隔离膜-聚合物多微孔隔膜(其他),隔离膜-无纺布,非织造布，直接利用高聚物切片，短纤维，或长丝，将纤维通过气流或机械成网，然后经过水刺，针刺或热轧加固，最后经过后整理形成无编制布料,关键属性:分布均匀的基重、厚度、孔径(1到

32、100um)和对电解液的耐腐蚀性,已经开始使用于锂离子电池，不过还没有被人们广泛接受部分原因是:易受潮性,制造孔结构、厚度均匀(降低因过充电或者短路引起隔膜熔融的概率。具有相当或者更低的电阻好的长期循环使用性,隔离膜-无纺布（锂电中的可能应用）,因为高温下与聚烯烃相比，纤维隔膜具有更好的稳定性。无纺布有可能和聚烯烃隔膜复合使用，这样即使高温下熔融，也会保持其完整性。,对于将来的应用，例如电动汽车和用电工厂的负载系统，纤维隔膜纸可能会有用武之地,隔离膜-无纺布（改性）,日本王子公司提出通过聚酯、聚氨酯或特富龙树脂涂覆在基材上控制孔径制备锂离子电池隔膜，基材可为多孔薄膜、无纺布或者纺织布。实施例中

33、隔膜孔径最小能控制在0.2um（基材为定量17g/m2聚酯湿法无纺布），能有效防止内部短路,树脂涂覆隔膜存在孔结构均匀性及透气性差等缺点,树脂涂布,热压,(深圳华奥宝电池有限公司),隔离膜-总结,隔膜,传统,新颖,非织造布,多孔聚合物,改性,复合,PPPEPP/PE/PP,PVDF(已有产品供应，有配套仪器可供购买)PAN(机械强度低)PI(无热关闭性能),CE,EV,需求决定路线,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,电解液-简介,功能：电解液是两电极间的离子导电相，与外接电路构成完整的回路。电极/电解液界面是化学能与电能转换的场所。基本要

34、求：1）高离子电导（低极化）、低电子电导（低自放电）2）宽的电化学窗口（难氧化、难还原）3）化学稳定性、热稳定性高（不分解、不与电池组件反应）4）对环境友好,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,电解液-基本特性,电导率粘度水分和HF含量色度电化学稳定性（电化学窗口，SEI）化学与热稳定性（SEI、电解液热稳定性）,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,电解液-成分,溶剂：电解液基体，溶解锂盐、添加剂常见包括碳酸酯、羧酸酯、醚。通常由高介电常数溶剂与低介电常数溶剂的混合物构成，以使电解液具有

35、合适的粘度与锂盐的溶剂化能力锂盐：提供支持电解质常见锂盐包括LiPF6,LiBOB,LiBF4,LiClO4,CF3SO3Li,(CF3SO2)2NLi等。锂盐溶解后，正负电荷分离成自由电荷（载流子），从而起到导电的作用添加剂：提高电池的循环、高低温、安全等性能主要包括SEI成膜添加剂、过充添加剂、阻燃剂、提高电导率的添加剂等杂质：,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,电解液-溶剂（碳酸酯）,碳酸酯：目前锂离子电池电解液的主要成分环状碳酸酯-高粘度、高介电常数、高沸点、高闪点EC：与石墨相容性好，溶剂化能力强熔点高PC：熔点低，液态温度范围

36、宽与石墨不兼容线性碳酸酯-低粘度、低介电常数、低沸点、低闪点DMC,DEC,EMC等,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,电解液-溶剂（羧酸酯&醚）,羧酸酯：环状羧酸酯GBL：熔点低，沸点高，产气少，安全性好与LiPF6不兼容，粘度大，SEI膜阻抗高线性羧酸酯EA,PA,EP等：熔点低，粘度小沸点低，闪点低，与石墨兼容性差醚：包括环状醚（THF）和直链醚（DEE），因安全性差（闪点低，易形成过氧化物），很少使用,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,电解液-溶剂（电导vs.混合溶剂）,电解

37、液的电导率与自由离子浓度成正比，与溶液粘度、溶剂化离子半径的乘积成反比,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,电解液-盐（LiPF6的热稳定性）,LiPF6的热稳定性：LiPF6的热稳定性及对微量水分的稳定性都要弱于大部分的其他锂盐即使在常温下，纯净的LiPF6也存在如下平衡：在有机溶液中，当温度大于70oC时，LiPF6就开始明显地分解。在有微量水分存在地情况下，分解反应被加快：分解产物还会导致溶剂地分解、聚合，使电解液颜色加深，并使电池性能恶化：,6/16/2020,Unauthorizedreproductionprohibited,电

38、解液-盐（其他锂盐）,LiBOB：热稳定性高，不产生HF，有效形成SEI，抑制金属溶解溶解度低，电导率低，SEI阻抗大（特别是低温时）通常用作添加剂，用于提高电池的高温性能LiODFB：性质与LiBOB相似，还原电位更高，也常用作添加剂LiFAP：用全氟烷基取代LiPF6的氟，提高LiPF6的热稳定性与对水的稳定性,电解液添加剂,电解液的添加剂：“用量小，见效快”，能显著地改善电池的某些性能如提高电解液的电导率、电池的循环效率和可逆容量等。（1）用量小；（2）对电池性能没有副作用，不与构成电池的其它材料发生副反应；（3）溶于有机电解液；（4）价格相对较低，没有毒性或毒性较小。,电解液SEI添加剂,主要用以改善电极SEI膜性能的添加剂SEI（Solidelectrolyteinterphase）膜：在电池初