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锂离子电池电解液入门必读

作为锂离子电池的四大主材料之一,电解液在锂电池中,主要作为离子迁移的载体,保证离子在正负极之间的传输。

电解液对电池安全性、循环寿命、充放电倍率、高低温性能、能量密度等性能指标都有一定影响。

电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐和添加剂等原料按一定比例配制构成。按质量划分,溶剂质量占比 80%~90%,锂盐占比10%~15%,添加剂占比在5%左右;按成本划分,锂盐占比约40%~50%, 溶剂占比约30%、添加剂占比约10%~30%。

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图:电解液的构成

相较于其它三种材料,锂电池对电解液的要求最为复杂,需具备多种特性:

离子电导性能好,离子迁移阻力要低;

化学稳定性高,不可与电极材料、电解液、隔膜等发生有害副反应;

熔点低,沸点高,在较宽的温度范围内保持液态;

安全性好,制备工艺不复杂,成本低,无毒无污染。

目前,由于较好的性能与较低的成本,六氟磷酸锂(LiPF6)是主流的锂盐溶质。其在各类非水溶剂中有较好的溶解度和较高的电导率,化学性质相对稳定,安全性好,且对环境污染也小。但缺陷同样明显:六氟磷酸锂对水分比较敏感,热稳定性也差,最低60℃就可能开始分解,电池性能将快速衰减,低温环境的循环效果则比较一般,适应温度范围窄。

此外,六氟磷酸锂对其纯度、稳定性要求非常高,生产过程涉及低温、强腐蚀、无水无尘等苛刻工况条件,生产难度也比较大。

新一代锂盐中,双氟磺酰亚胺锂(LiFSI),被认为有望替代六氟磷酸锂。相较于传统锂盐,LiFSI的的热稳定性更高,而且在电导率、循环寿命、低温性能等方面均有优势。

但受限于生产工艺与产能,LiFSI成本过高,远超六氟磷酸锂。为控制成本,LiFSI在实际商用中仍更多的作为电解液添加剂使用,而非锂盐溶质。

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