锂电池电解液详解PPT课件PPT推荐.pptx

1、（2）对电池性能无副作用，不与电池中其它材料发生副反应；（3）与有机溶剂有较好的相溶性，甚至能完全溶于其中；（4）价格相对较低；（5）无毒性或毒性较小。,用量少，见效快,第10页/共52页,多功能添加剂,阻燃添加剂,过充电保护添加剂,SEI成膜添加剂,导电添加剂,控制电解液中水和HF含量的添加剂,改善高低温性能的添加剂,添加剂的种类,第11页/共52页,SEI成膜添加剂,固体电解质相间界面（solid electrolyte interphase）,简称SEI,SEI 膜的化学组成、结构、织构和稳定性等物理化学性质是决定锂离子电池碳负极/电解液相容性的关键，优化SEI 膜性质，实现电解液与电极

2、间良好的相容性和拓宽电解液的种类是锂离子电池的重要发展方向之一，,第12页/共52页,第13页/共52页,锂电极表面SEI膜的生成过程示意图,第14页/共52页,第15页/共52页,负极表面的SEI膜FTIR光谱分析,第16页/共52页,第17页/共52页,正极表面的SEI膜FTIR光谱分析,第18页/共52页,固体添加剂；Li2CO3 等,无机成膜添加剂,碳酸酯,有机成膜添加剂,气体添加剂；CO2,SO2等,硫代有机溶,ES 亚硫酸乙烯酯等,卤代有机成膜添加剂,卤代EC氯甲酸甲酯等,VC：碳酸亚乙烯酯等,成膜添加剂,第19页/共52页,石墨电极循环伏安图,（a）不含 VC,b）含 5%VC,

3、首次充电过程中先于溶剂化锂离子插层建立起优良的SEI 膜，允许锂离子自由进出电极而溶剂分子无法穿越，从而阻止溶剂分子对电极的破坏，提高电极的嵌脱锂容量和循环寿命,第20页/共52页,Comparison of the RseiE plots for the Li/graphite cells without and with vinylene carbonate,which were recorded during the first cycle.,第21页/共52页,稳定剂,与H2O或HF作用，降低H2O与LiPF6的作用,改善高低温性能的添加剂,导电添加剂,与锂离子或者锂盐阴离子作用，减小

4、Li+与阴离子间的相互作用，增加Li+迁移数，减小阴离子迁移数和降低阴离子电化学活性,过充电保护添加剂,具有氧化还原电对：邻位和对位二甲氧基取代苯；聚合增加内阻，阻断充电，如联苯、环己基苯等等,第22页/共52页,阻燃添加剂,高沸点、高闪点和不易燃的溶剂,如：磷酸三甲酯，磷氮烯（Phosphazene）,（1）有机磷化物,（2）有机氟代化合物,如：CH2F-EC、CHF2-EC和CF3-EC,（3）卤代烷基磷酸酯,烷基磷酸酯中的部分氢原子用氟原子取代,多功能添加剂,具有上述一种或多种功能的添加剂,第23页/共52页,2.5 电解液的成分分析,有机成分分析采用气相色谱/质谱（GCMS）,锂盐的分

5、析采用原子吸收光谱（AAS）或化学滴定的方法,第24页/共52页,三、电解液的设计,电解液设计重点：,1.离子传输性质2.电化学稳定性：电化学窗口3.工作温度区间4.安全特性,第25页/共52页,第26页/共52页,3.1 电解液离子传输性质,:粘度,离子电导率,:离子半径,:离子的迁移率,关注要素：,锂盐的解离能力,电解液的溶剂化能力,体系的粘度,:离子浓度,第27页/共52页,离子的溶剂化自由能,阿佛加德罗常数离子的电荷真空介电常数溶剂的比介电常数离子半径,越大，锂离子溶剂化自由能越负，越容易解离，小于 20时，锂盐解离较少，,溶剂中锂离子与阴离子的作用力,溶剂介电常数越高，锂离子与阴离子

6、间距离越大，它们相互作用力就越弱，越容易解离，自由锂离子数就越多,介电常数越大，极性越大，溶剂-溶剂作用越强，溶液粘度越高，越不利于锂离子的传输,锂盐的解离能力,第28页/共52页,溶剂对离子的溶剂化的影响被人定义为DN（donicity number）和AN（Acceptor Number）两个参数，DN值是指在1,2二氯乙烷中按照下式反应的焓的变化值（）,有机溶剂的溶剂化能力,第29页/共52页,电解液电导率,LiPF6在一元溶剂中的电导率,1MLiPF6的不用溶剂体系的电导率,第30页/共52页,1MLiPF6在不同二元有机溶剂中的电导率,第31页/共52页,锂盐浓度对电导率的影响,20

7、oC时不同锂盐在PC:DME（1:1,V/V）中的电导率,第32页/共52页,3.2.电化学稳定性,电解质窗口的响应能级和电极中的电化学位的关系,a）固体反应体系和液体电解质,b）液体和气体反应体系和固体电解质,电化学窗口,第33页/共52页,有机溶剂氧化电位 通常alkyl carbonates esters ethers,关注要点,钝化活性物质表面SEI膜,3.抗氧化与抗还原能力的平衡,第34页/共52页,3.3 工作温度区间,关注要点,1.有机溶剂的物理性质，熔点、沸点等,2.高温下对活性物质表面SEI膜的影响,3.安全问题：放热、电极-溶剂作用,第35页/共52页,1MLiPF6多元有

8、机体系中的电导率,第36页/共52页,3.4 安全特性,可燃性过充、过放、短路问题3.电解液氧化还原反应的放热、热失控问题4.高温下电极/电解液反应导致的热失控、爆炸,关注要点,第37页/共52页,四）电解液使用的若干问题,HF与正极氧化物材料反应,破环电极活性物质,破环SEI膜消耗电解液,HF+ROLi LiFROH,2ROCO2Li+H2O Li2CO3+CO2+2ROH,ROCO2Li2HF nLiF+ROHH2CO3ROH,Li2CO32HF LiFH2CO3,H2O,HF的影响,导致电池胀气、极化增大、容量衰减、循环性降低等,第38页/共52页,正常电解液,保存不当，变色电解液,变色

9、,第39页/共52页,科研环境,生产环境,手套箱,第40页/共52页,烘箱,第41页/共52页,电解液的可燃性,闪点：在规定试验条件下，液体或固体表面能产生闪燃的最低温度,闪点测定法分开口杯和闭口杯两种。一般轻质油多用闭口杯法。重质油多用开口杯法。开杯法比闭杯法测定结果高约1030。闪点是保证安全的指标，油品预热时温度不许达到闪点，一般不超过闪点的2/3。,从消防观点来说，液体闪点就是可能引起火灾的最低温度,第42页/共52页,常用有机溶剂的物理化学性质,第43页/共52页,电解液燃烧试验,第44页/共52页,1.作业场所保持空气干燥和通风良好。2.吸湿性强，干燥环境下（水份小于20ppm）打

10、开使用。3.易燃，严禁一切明火，防高温，防静电。4.操作中安全防护措施要齐全，一旦沾染，即刻用大量 清水冲洗。,使用方法和注意事项,第45页/共52页,贮存及运输条件应处于干燥通风的环境中，避免曝晒、雨淋，严禁烟火。,小型容器,大型容器,第46页/共52页,气体生成问题,1，预充化成阶段生成的气体,2，正常使用时生成的气体,3，过充时生成的气体,第47页/共52页,1）预充、化成生成的气体,第48页/共52页,2）正常充放电电压范围内生成的气体,气体生成通常与酯交换有关：,主体成分与预充阶段基本一致，正常情况下没有太大变化,第49页/共52页,3）过充时生成的气体,氧主要来自正极材料分解,LiCoO2过充时，电解液及其分解产物与Li1-xCoO2分解释放的O2反应，释放大量的热和气体，温度升高进一步促进上述反应，进而直接导致电池着火以至爆炸；隔膜在反应中熔融收缩，以至正负极短路，反应进一步加剧，电池燃烧以至爆炸。,具有上述反应气体外CO2或O2会多些,第50页/共52页,Thanks for your attention,第51页/共52页,感谢您的观看！,第52页/共52页,