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锂电池电解质溶液产生的原因以及影响

日期:2020-08-18 18:16:13
乾元坤和编辑

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锂电池电解质溶液产生的原因以及影响

锂电池电解液对于锂电池的工作温度、比能量、循环效率、安全性等主要性能有着重要的影响。电解液组成的特殊性也给电池性能带来了某些特殊性,从某种意义上说有机电解液对锂离子电池的性能起着决定性的作用,本文主要分析电解液中杂质产生的原因和影响。

锂电池电解质溶液产生的原因以及影响

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锂电池电解液杂质产生的原因

电解质锂盐中所含有的一定量的杂质,在六氟磷酸锂制备中,不可避免的会使产品中含有定量的HF、H2O和其他金属杂质离子,同时由于HF,H2O分子中的氢会和六氟磷酸锂中氧形成氢键,从而形成较强的化学吸附性,导致对它们脱除较困难;有机溶剂多由醇类物质制备而来,难免所含有微量水、有机酸、醇、醛、酮、胺、酰胺类物质以及一些金属离子杂质;空气中含有一定量的水分(可高达1%)及微量的尘埃,操作环境控制不理想或操作不当均有可能引入前述杂质,这些杂质可以通过建立适当的洁净干燥空气系统避免被引入。

由以上的分析可知,有机电解液中杂质主要包括三类物质:分子中含有活泼氢原子的有机酸、醇、醛、酮、胺、酰胺类物质;镍、钠、铝等金属杂质离子。各种杂质对有机电解液的性能影响将分别介绍。水和氟化氢含量对有机电解液性能的影响水和氟化氢的含量是影响有机电解液性能最重要的因素,水和氟化氢的含量对锂离子电池性能的影响,可分为对电极表面SEI固体电解质相界面膜)的影响和对电解液自身稳定性的影响两个方痕量水和氟化氢在电池的首次充放电过程中将是电极表面的还原产物烷基碳酸锂反应生成碳酸锂和氟化锂等或与金属锂反应生成氧化锂、碳酸锂和氟化锂等作为SEI膜的组分覆盖在电极表面上。碳酸锂不溶于有机溶剂,具有较好的锂离子可寻性,是形成具有优良性能的SEI膜的重要组分。氧化锂和氟化锂是热力学稳定的SEI膜组分,对稳定碳酸锂等其它SEI膜组分具有重要的意义。

电解质溶液会造成哪些影响

这一方面讲,有机电解液中痕量水和氟化氢的存在是有一定作用的。当有机电解液中水和氟化氢的含量较高时,水和氟化氢会与锂反应,一方面消耗掉电池中有限的锂离子,从而使电池的不可逆容量增大,另一方面反应产物中大量出现氧化锂和氟化锂对电极电化学性能的改善不利,同时前述反应中会有气体产物产生导致电池内压力增大。随着有机电解液中水和氟化氢含量的增加,含量超过0.1%时,锂离子电池将被完全破坏。有机电解液中含有的水会和其中的有机溶剂发生反应生成相应的醇和酸,以PCPC+H2O丙二醇+CO2丙二醇会与六氟磷酸锂反应生成相应的锂盐和氟化氢。同时电解液中的微量水也会与六氟磷酸锂反应。

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