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锂离子电池高电压电解液技术进展

更新时间:2013-06-13 13:17:24 点击: 编辑:锂辉电池

    能量密度和安全性是锂离子电池行业研究的两大主要方向。锂离子电池的能量由锂电池容量和充放电电压决定,因此为了提高锂电池的能量密度,需要使用高电压的锂电池材料体系。主要是高电压的正极材料,以及与之匹配的高电压电解液。

    目前主流的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂,其工作电压一般低于4V,在对锂电池能量密度要求极高的应用领域(例如Smartphone),改性钴酸锂的充电截止电压已经达到4.35V,工作电压平台3.8V,相应的电解液技术已经成熟。而以LiNi0.5Mn1.5O4和LiCoPO4等材料为代表的新型高电压正极材料的放电电压可高达5V左右,目前在此电压下稳定工作的电解液技术尚未成熟。

    对于高电压锂离子电池,要求电解液中的溶剂、锂盐和SEI膜具有足够的电化学稳定性和强度,在高电压所用下不发生氧化分解。常规碳酸酯溶剂与六氟磷酸锂组成的电解液体系在4.5V以上时会发生分解,从而造成整个锂电池体系性能的下降。

    实现高压电解液主要有三种技术手段:
      1. 开发新电解质(固态或离子液体),
      2. 开发电化学窗口高的溶剂,目前常见的主要有砜类、腈类及氟代溶剂,
      3.在常规溶剂中添加正极成膜添加剂或耐高压添加剂。
    电解液在高压下的稳定性不单取决于电解液本身,也是整个材料体系相互匹配的结果。

    中国国内宣布已有高压电解液的企业有广州天赐、国泰华荣、天津金牛、珠海赛玮、北京化学试剂所等,但从技术层面来看,目前国内4.35V以上电解液还不够成熟。主要问题是成本高,性能不稳定,且对锂离子电池性能发挥影响较大。在今后的技术开发和应用中,这些都将是重点突破方向。

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