提高鋰電池電解液低溫性能的方法有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-15 21:00
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電解液作為鋰離子電池的重要組成部分，不僅決定著鋰離子在液相中的遷移率，而且參與了sei膜的形成，對(duì)sei膜的性能起著關(guān)鍵作用。低溫下，電解液粘度增大，電導(dǎo)率降低，sei膜阻抗增大，電解液與正負(fù)極材料的相容性變差，大大降低了電池的能量密度和循環(huán)性能。
目前，提高電解液低溫性能的方法有兩種：
（1）通過優(yōu)化溶劑組成和使用新的電解質(zhì)鹽，可以提高電解液的低溫電導(dǎo)率。
（2）采用新的添加劑改善sei薄膜的性能，有利于li+在低溫下的導(dǎo)電。
一。優(yōu)化溶劑組成
電解液的低溫性能主要取決于其低溫共熔點(diǎn)。如果熔點(diǎn)過高，電解液在低溫下容易結(jié)晶析出，嚴(yán)重影響電解液的導(dǎo)電性。碳酸乙烯酯（ec）是電解液的主要溶劑組分，但其熔點(diǎn)為36℃，在低溫下，其在電解液中的溶解度降低甚至析出，對(duì)電池的低溫性能有很大影響。通過添加低熔點(diǎn)、低粘度組分，降低溶劑ec含量，可以有效降低電解液的低溫粘度和共熔點(diǎn)，提高電解液的電導(dǎo)率。
Kasprzyk等人通過將EC和聚乙二醇二甲醚混合制得非晶態(tài)電解質(zhì)。只有在-90℃附近出現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)，大大改善了電解液的低溫性能。在-60℃時(shí)，其電導(dǎo)率仍達(dá)到0.014ms·cm-1，為鋰離子電池在極低溫下的使用提供了良好的性能。很好的解決方案。
鏈羧酸酯溶劑具有較低的熔點(diǎn)和粘度，介電常數(shù)適中，對(duì)電解液的低溫性能有良好的影響。Dong等人以乙酸乙酯（ea）為共溶劑，雙氟甲基磺酸鋰為電解質(zhì)鹽。電解液的理論熔點(diǎn)和沸點(diǎn)分別達(dá)到-91℃和81℃。結(jié)果表明，以有機(jī)電極為正極，以1,4,5,8-萘二酸酐為聚酰亞胺，即使在-70℃的極低溫度下，電解液的離子導(dǎo)電率也能達(dá)到0.2ms·cm-1，在-70℃的室溫下電池仍有70%的容量負(fù)極。
斯馬特等人。采用鏈羧酸鹽作為電解液助溶劑，對(duì)改善電池低溫性能進(jìn)行了大量的研究。結(jié)果表明，乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸甲酯和丁酸甲酯共溶劑可以改善電解液的低溫電導(dǎo)率，大大改善電池的低溫性能。
新型電解質(zhì)鹽
電解質(zhì)鹽是電解液的重要組成部分之一，也是獲得優(yōu)良低溫性能的關(guān)鍵因素。目前，商用電解液鹽是六氟磷酸鋰，所形成的sei膜阻抗大，導(dǎo)致其低溫性能差，開發(fā)新型鋰鹽迫在眉睫。四氟硼酸鋰離子半徑小，易締合，電導(dǎo)率低于lipf6，但低溫下電荷轉(zhuǎn)移阻抗小，作為電解質(zhì)鹽具有良好的低溫性能。
添加劑
sei薄膜對(duì)電池的低溫性能有重要影響。它是一種離子導(dǎo)體和電子絕緣體，是li+從液相到達(dá)電極表面的通道。低溫下，sei膜的電阻增大，li+在sei膜中的擴(kuò)散速率急劇下降，使電極表面電荷積累加深，導(dǎo)致石墨嵌鋰能力下降，極化增強(qiáng)。通過優(yōu)化sei膜的組成和形成條件，提高sei膜的低溫離子導(dǎo)電性，有利于提高電池的低溫性能。因此，開發(fā)低溫性能優(yōu)異的成膜添加劑是目前的研究熱點(diǎn)。
綜上所述，電解液的電導(dǎo)率和成膜阻抗對(duì)鋰離子電池的低溫性能有重要的影響。對(duì)于低溫型電解液，應(yīng)從電解液溶劑體系、鋰鹽和添加劑三方面綜合進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于電解液溶劑，應(yīng)選擇低熔點(diǎn)、低黏度和高介電常數(shù)的溶劑體系，線性羧酸酯類溶劑低溫性能優(yōu)異，但其對(duì)循環(huán)性能影響較大，需匹配介電常數(shù)高的環(huán)狀碳酸酯如EC、PC共混使用；對(duì)于鋰鹽和添加劑，主要從降低成膜阻抗方面考慮，提高鋰離子的遷移速率. 另外，低溫下適當(dāng)提高鋰鹽濃度能提高電解液的電導(dǎo)率， 提高低溫性能。
綜上所述，電解液的電導(dǎo)率和成膜阻抗對(duì)鋰離子電池的低溫性能有重要的影響。對(duì)于低溫型電解液，應(yīng)從電解液溶劑體系、鋰鹽和添加劑三方面綜合進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于電解液溶劑，應(yīng)選擇低熔點(diǎn)、低黏度和高介電常數(shù)的溶劑體系，線性羧酸酯類溶劑低溫性能優(yōu)異，但其對(duì)循環(huán)性能影響較大，需匹配介電常數(shù)高的環(huán)狀碳酸酯如EC、PC共混使用；對(duì)于鋰鹽和添加劑，主要從降低成膜阻抗方面考慮，提高鋰離子的遷移速率. 另外，低溫下適當(dāng)提高鋰鹽濃度能提高電解液的電導(dǎo)率， 提高低溫性能。
