锂电池电解液详解.pptxVIP

电解液基础知识讲座刘道坦2007.1.19主要内容1. 锂离子电池电解液简介2. 电解液的基本组成及成分性质 3. 电解液的设计4. 电解液使用的若干问题LiMO2AlCarbon一）锂离子电池电解液简介1. 1 前言Cu锂离子电池的工作原理电解液的环境1. 2 电解液的分类1.3 有机电解液的性能要求1，离子电导率高2，电化学稳定的电位范围宽3，热稳定性好，工作温度范围宽 4，化学稳定性好，与集流体及活性物质不反应5，无毒，无环境污染6，价格便宜二 、电解液的基本组成及成分性质 2.1 简介锂盐（提供载流子：Li+）电解液有机溶剂（解离锂盐、提供Li+传输介质）添加剂（少量使用，改善性能）2. 2 锂盐分类分子式备注无机阴离子盐LiPF6应用最广LiBF4 不稳定，电导率低LiClO4 高温或高电压危险LiAsF6有毒有机阴离子盐LiCF3SO3，LiN(C2F5SO2)2,LiC(CF3SO2)3 LiN(CF3SO2)2等 腐蚀集流体LiPF3(C2F5)3, Li(C4F9SO2)(CF3SO2)N等合成困难或价格昂贵LiBOB 等成膜性能好，溶解度低解离常数大小为LiN(CF3SO2)2 LiAsF6 LiPF6 LiClO4 LiBF4LiCF3SO3 离子导电性大小为LiAsF6 LiPF6 LiN(CF3SO2)2 LiClO4 LiBF4 LiCF3SO3 热稳定性顺序为LiAsF6～ LiCF3SO3 LiBF4 LiClO4 ～ LiN(CF3SO2)2 LiPF6 一些常见电解质锂盐的物理化学性能名称结构分子量/g溶点/℃在溶剂中的分解温度/℃是否腐蚀铝箔LiBF493.9293100NLiPF6151.9200~80(EC/DMC)NLiAsF6195.9340100NLiClO4106.4236100NLi+CF3SO3-简称LiTf-155.9300100YLi+[N SO2CF3)2]-简称LiTPSI-286.9234b100Y2. 3 电解液有机溶剂锂离子电池所用的有机溶剂为不与锂反应的非质子溶剂1. 烷基碳酸酯 alkyl carbonate 碳酸乙烯酯 EC, 碳酸丙烯酯 PC, 碳酸二甲酯DMC,碳酸二已酯 DEC, EMC等2. 醚 ether 二甲醚DME, 四氢呋喃THF 等常用有机溶剂3. 酯 ester 甲基已酸酯 MA 甲基丙酸酯 MP等常用碳酸酯有机溶剂的物理化学性质电解液成分Composition分子量熔点/oC沸点/oC闪点oC氧化还原窗口Vs. SCE介电常数/F.m-1密度g.cm-3粘度/cpDNAN结构图碳酸乙烯酯Ethylene carbonateEC88.637248160-3.03.289.7820/oC1.3211.916.4 丙稀碳酸酯propylenePC1023.03.6651.2042.515.118.4二甲基碳酸酯DMC90.139021.7-3.03.73.1041.0730.5915.13.6二乙基碳酸酯DEC118.1-4312725-3.03.72.80.9750.75162.6乙基甲基碳酸酯EMC104.1-5510823-3.03.72.9571.00.652. 4 添加剂用量少，见效快 特点：(1) 较少用量即能改善电池的一种或几种性能；(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。 添加剂的种类SEI成膜添加剂 过充电保护添加剂 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 阻燃添加剂 导电添加剂 多功能添加剂 2.4.1 SEI成膜添加剂固体电解质相间界面(solid electrolyte interphase),简称SEISEI 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，锂电极表面SEI膜的生成过程示意图负极表面的SEI膜FTIR光谱分析正极表面的SEI膜FTIR光谱分析气体添加剂；CO2, SO2等无机成膜添加剂固体添加剂；Li2CO3 等成膜添加剂碳酸酯VC：碳酸亚乙烯酯等ES亚硫酸乙烯酯等硫代有机溶有机成膜添加剂卤代EC氯甲酸甲酯等卤代有机成膜添加剂石墨电极循环伏安图(a)不含 VCb) 含 5% VC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Comparison of the R