锂电池电解液的作用，锂电池电解液配方分析
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动力电池是电动汽车的重要组成部分，其性能直接决定电动汽车续航里程、环境适应性等重要参数。目前主流动力电池为锂离子电池，其具有能量密度高、体积小、无记忆效应、循环寿命长等优点，但存在续航里程不足的问题。电极材料决定了电池的能量密度，电解液从根本上决定了电池的循环、高低温、安全性能。
锂电池电解液主要由锂盐、溶剂、添加剂三类物质组成。电解质的基本组成没有太大变化，创新主要体现在新型锂盐、新型添加剂的开发以及对锂离子电池所涉及的界面化学过程和机制的更深入理解。
锂盐
尽管锂盐的种类很多，但用于锂离子电池的市售锂盐却很少。理想的锂盐应具有以下特性：
(1)由于缔合度低，易溶于有机溶剂，保证了电解液的高离子电导率。
(2)阴离子具有抗氧化和还原能力，还原产物有助于形成稳定、低电阻的SEI膜。
(3)具有优异的化学稳定性，不会与电极材料、电解液、隔膜等产生有害的副反应。
(4)制造工艺简单、成本低、无毒、无污染。
各类锂盐简介
六氟化锂
LiPF6是应用最广泛的锂盐。尽管LiPF6不具备最好的单一性能，但在碳酸盐混合溶剂电解液中具有相对最优的综合性能。 LiPF6具有以下性能：（1）在非水溶剂中具有适度的溶解度和较高的离子电导率；（2）可以在铝箔集流体表面形成稳定的钝化膜；（3）具有协同作用与碳酸作用，具有优良的优点酯类溶剂在石墨电极表面产生稳定的SEI膜。但LiPF6的热稳定性差，容易发生分解反应，副反应产物破坏电极表面的SEI膜，溶解正极活性成分，降低循环容量。
四氟硼酸锂
LiBF4是常用的锂盐添加剂。与LiPF6相比，LiBF4具有更宽的工作温度范围、更好的高温稳定性和低温性能。
丝带
LiBOB具有高电导率、宽电化学窗口和良好的热稳定性。最大的特点是其成膜性能，可直接参与SEI膜的形成。
利多恐惧症
从结构上看，LiDFOB由LiBOB和LiBF4的半分子组成，结合了LiBOB优异的沉积性能和LiBF4优异的低温性能的优点。与LiBOB相比，LiDFOB在直链碳酸酯溶剂中具有更高的溶解度和更高的电解质电导率。它比LiPF6具有更好的高温和低温性能，与电池正极相容，并在铝箔表面形成钝化膜，抑制电解液的氧化。
锂TFSI
LiTFSI结构中的CF3SO2基团具有很强的吸电子效应，增强负电荷的离域，减少离子缔合配对，增加盐的溶解度。 LiTFSI具有高电导率、热分解温度高、不易水解等优点。然而，当电压超过3.7V时，Al集流体被严重腐蚀。
锂FSI
LiFSI分子中的氟原子具有很强的吸电子特性，可以使N上的负电荷离域。离子缔合对弱，Li+容易解离，导致电导率高。
脂2F2
LiPO2F2具有优异的低温性能，还可以提高电解液的高温性能。 LiPO2F2作为添加剂可以在负极表面形成富含LixPOyFz和LiF成分的SEI膜，有利于降低电池界面阻抗，提高电池的循环性能。但LiPO2F2也存在溶解度低的缺点。
有机溶剂
液体电解质的主要成分是溶解锂盐并充当锂离子载体的有机溶剂。锂离子电池电解液的最佳有机溶剂必须满足以下条件：
(1)介电常数高，锂盐溶解能力强。
(2)熔点低、沸点高，在较宽的温度范围内保持液态。
(3)粘度低，锂离子易透过。
(4)化学稳定性好，不破坏正负极结构，也不溶解正负极材料。
(5)防雷效率高、安全性好、成本低、无毒无污染。
锂电池电解液中常用的有机溶剂主要分为碳酸酯类溶剂和有机醚类溶剂。为了获得性能更好的锂离子电池电解液，通常采用含有两种以上有机溶剂的混合溶剂。这使得它们能够互补彼此的优势并提供更好的整体性能。
醚类有机溶剂主要包括1，2-二甲氧基丙烷(DMP)、二甲氧基甲烷(DMM)、乙二醇二甲醚(DME)等链状醚，以及四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃等。 ）和其他环醚。直链醚溶剂的碳链越长，化学稳定性越好，但粘度越高，锂离子转移速率越慢。乙二醇二甲醚可以与六氟磷酸锂形成相对稳定的LiPF6-DME螯合物，因此对锂盐具有很强的溶解能力，并为电解液提供高电导率。但DME的化学稳定性较差，无法在负极材料表面形成稳定的钝化膜。
作为碳酸酯，可举出碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)等环状碳酸酯，碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)等链状碳酸酯。环状碳酸酯EC和PC具有高介电常数，这增加了锂盐的溶解度，但它们也具有非常高的粘度，这减缓了锂离子的迁移。 DMC、DEC、EMC为链状碳酸酯，介电常数小，溶解锂盐的能力弱，但粘度低，流动性好，有利于锂离子的移动。
添加剂
是一种经济实用的提高锂离子电池性能的方法，添加量小，效果大。通过在锂离子电池电解液中添加少量添加剂，可以实现某些电池性能，如可逆容量、电极/电解液相容性、循环性能、倍率性能和安全性能。它在锂离子电池中起着非常重要的作用。理想的锂离子电池电解液添加剂应具备以下性能：
(1)在有机溶剂中溶解度高。
(2)少量添加可显着改善一种或多种性能。
(3)不会与电池的其他成分产生有害的副反应，不会影响电池的性能。
(4)成本低、无毒或低毒。
根据添加剂功能的不同，可分为导电添加剂、过充保护添加剂、阻燃添加剂、SEI成膜添加剂、正极材料保护剂、LiPF6稳定剂及其他功能性添加剂。
导电添加剂通过与电解质离子的配位反应，促进锂盐的溶解，提高电解液的电导率，从而提高锂离子电池的倍率性能。导电助剂因通过配位反应起作用，又称为配体助剂，根据离子的不同分为阴离子配体、阳离子配体和中性配体。
过充电保护添加剂是提供过充电保护或增强抗过充电能力的添加剂。防过充电添加剂根据其功能分为两类：氧化还原防添加剂和聚合单体添加剂。目前氧化还原添加剂主要以苯甲醚类为主，其氧化还原电位高、溶解性好。聚合的单体添加剂在高压下发生聚合反应释放气体，同时聚合物覆盖正极材料的表面并中断充电。聚合单体添加剂主要包括二甲苯、苯基环己烷等芳香族化合物。
阻燃添加剂的功能是通过提高电解质的燃点或通过阻止燃烧的自由基链反应来防止燃烧。添加阻燃剂是降低电解液可燃性、扩大锂电池工作温度范围、提高其性能的重要途径之一。阻燃剂的作用机制主要有两种：一是通过在气相和凝聚相之间建立隔离层来防止凝聚相和气相的燃烧；二是捕获自由基。它阻止反应，阻止燃烧自由基链式反应，并阻止气相之间的燃烧反应。
成膜添加剂的作用是促进电极材料表面形成稳定有效的SEI膜。 SEI膜的性能显着影响锂离子电池的初始不可逆容量损失、倍率性能、循环寿命等电化学性能。理想的SEI膜具有允许锂离子自由进出电极、同时隔离电子、防止电极材料与电解质之间进一步反应、具有稳定的结构、不溶于有机溶剂的特性。
成膜添加剂根据作用机理分为电化学还原型、化学反应型和SEI膜改性型。电化学还原添加剂比电解液中的有机溶剂具有更高的还原电位，可以优先在电极表面进行电化学还原，形成性能优异的SEI膜。此类添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)、丙烯腈、SO2、CS2和多硫化物(Sx2-)。化学反应性添加剂可以在充放电过程中通过自由基反应与有机溶剂还原产物的中间体发生反应，或者可以与最终产物发生化学反应结合并形成更稳定的高SEI膜。
未来电解液发展的主要方向将是提高高容量，考虑高容量硅碳阳极，避免固体电解质膜（SEI膜）反复破坏和再生带来的电解液问题，目标是开发出与电解液兼容的电解液。电压阴极。硅阳极在循环过程中的体积膨胀会导致过度磨损等问题。添加剂是电解液的核心，对电解液的润湿性、阻燃性、成膜性能有着重要影响，也是开发高性能电解液的关键。
参考：
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罗锐高压锂离子电池电解液的开发研究
卢启健. 锂离子电池新型电解液成分的选择及与石墨负极的兼容性
余凌超.锂离子电池电解液分子设计、合成及电化学性能研究
Masaki Yoshio《锂离子电池：科学与技术》
中国汽车技术协会节能与新能源汽车技术路线图
Besenhard, M. Winter。亚硫酸乙烯酯作为石墨阳极锂离子电池中的电解质添加剂。
张S.S.张.锂离子电池电解液添加剂综述
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