鋰離子電池匹配高壓正極材料電解液用添加劑

時(shí)間：2020-04-29作者：蘇州亞科科技股份有限公司瀏覽：285

鋰離子電池具有能量密度高、體積小、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是動(dòng)力市場(chǎng)的主流電池，但是仍然存在續(xù)航里程不足的問題，需要研發(fā)具有較高能量密度和功率密度的鋰離子動(dòng)力電池。然而，較高電壓下正極材料表面活性高，電解液易發(fā)生氧化分解，產(chǎn)物易攻擊正極材料中的過渡金屬元素，致使其在循環(huán)過程中發(fā)生溶解。這就需要電解液添加劑來發(fā)揮作用，緩解此類問題。本文將簡(jiǎn)述近年來匹配高壓正極材料電解液用添加劑。
功能性添加劑
        功能性添加劑的作用機(jī)理主要包括兩類：
（1）**于溶劑分解，在正極材料表面形成正極電解質(zhì)膜，抑制電解液進(jìn)一步氧化；
（2）本身不參與成膜，但具備除水、降酸的作用，可減少過渡金屬離子的溶解，從而穩(wěn)定電極/電解液界面、改善循環(huán)穩(wěn)定性。具體種類如下表所示，
表1. 功能性添加劑種類和機(jī)理
類型
	
代表物質(zhì)
	
機(jī)理
含磷類添加劑
	
三(2,2,2-三氟乙基)亞磷酸酯（TFEP）、三苯基亞磷酸酯（TPP）、三(**基硅基)亞磷酸酯（TMSP）以及亞磷酸**酯（TMP）
	
通過在電極表面**氧化形成保護(hù)膜來抑制電解液分解和過渡金屬溶解
含硼類添加劑
	
三(**基硅烷)硼酸酯(TMSB)，二草酸硼酸鋰（LiBOB），硼酸**酯（TB）
	
在充放電循環(huán)過程中對(duì)正極表面進(jìn)行保護(hù)，通過提高電極/電解液間的界面穩(wěn)定性來提高電池性能
硅氧烷類添加劑
	
二甲基二甲氧基硅烷（DODSi）
	
可通過選擇性去除HF來作為高鎳層狀材料的界面穩(wěn)定添加劑
 
協(xié)同添加劑
        單一功能性添加劑可以賦予電池某一特定功能，但同時(shí)可能會(huì)對(duì)其它性能產(chǎn)生不利影響，多種添加劑的混合使用所產(chǎn)生的協(xié)同作用，是改善這種情況的有效途徑。例如：
        (**基硅基)亞磷酸鹽（TMSP）和1,3-丙二醇環(huán)硫酸酯（PCS）分解產(chǎn)物均參與正負(fù)極成膜，具有高穩(wěn)定性和高導(dǎo)電性，可有效抑制電解液的進(jìn)一步氧化還原分解，改善LiNi0.5Mn1.5O4/MCMB電池的常溫及高溫循環(huán)性能。TMSP添加劑同時(shí)可穩(wěn)定LiPF6，清除具有腐蝕作用的HF，從而抑制過渡金屬離子的溶解。
        LiBOB與三苯胺（Ph3N）或1,4-苯并二烷-6,7-二醇（BDOD），LiBOB可在正極表面形成保護(hù)膜，減少Li1.2Ni0.15Mn0.55Co0.1O2/石墨電池的容量損失，但會(huì)在循環(huán)過程中增大電池的內(nèi)阻；Ph3N和BDOD具有較低的氧化電位，可通過電化學(xué)聚合過程在正極表面形成導(dǎo)電聚合物保護(hù)正極。
特殊分子結(jié)構(gòu)添加劑
        從**化學(xué)的角度分析，添加劑的選擇應(yīng)以分子為中心，尋找或設(shè)計(jì)可**在電極表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或可以發(fā)生特定電化學(xué)反應(yīng)的官能團(tuán)，從而使該特殊分子結(jié)構(gòu)具有多種添加劑的作用。如基于環(huán)狀氟化磷酸酯基的添加劑（TFEOP、PFPOP、HFiPOP），合并了現(xiàn)有的各種添加劑的功能，使其利用率實(shí)現(xiàn)較大化。
        添加劑是電解液的**，也是提升電池性能的關(guān)鍵。針對(duì)**命、高安全和高比能鋰離子電池的需求，未來需要開發(fā)多重功能的電解液添加劑，多種組分的協(xié)同作用。
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