電解液作為鋰離子電池的血液，承擔(dān)著運(yùn)輸鋰離子的重任，它質(zhì)量的好壞，將直接影響鋰離子電池的性能，同時(shí)也在一定程度上影響鋰離子電池的安安全性，本文將通過電解液的基礎(chǔ)知識(shí)、電解液添加劑的機(jī)理、電解液的發(fā)展趨勢(shì)等幾個(gè)方面對(duì)電解液進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的分析和總結(jié)。

選擇電解液的一般原則如下：

(1)電化學(xué)穩(wěn)定性好，與正極材料、負(fù)極材料、隔膜、集流體、粘結(jié)劑等不發(fā)生反應(yīng)；

(2)離子電導(dǎo)新好，介電常數(shù)高，粘度低，離子遷移的阻力小；

(3)在很寬的溫度范圍內(nèi)保持液態(tài)，一般溫度范圍為-40℃～70℃，適用于改善電池的高低溫特性；

(4)能最佳程度促進(jìn)電極可逆反應(yīng)的進(jìn)行，即具有較高的循環(huán)效率；

(5)環(huán)境友好，最好無毒或者低毒性。

常見溶劑的物理性能如上表所示，根據(jù)電解液的選擇原則以及所在的體系中選擇合適的溶劑，基本的溶劑有環(huán)狀、鏈狀以及羧酸酯系列。

目前常用的鋰鹽為L(zhǎng)iPF6，對(duì)水分很敏感，一旦接觸水分就會(huì)發(fā)生反應(yīng)，造成產(chǎn)氣，電池鼓脹，循環(huán)衰減嚴(yán)重等問題，20～60℃溫度范圍內(nèi)，在3種混合溶劑中LiPF6與水的反應(yīng)速率常數(shù)k大小為：EC+DMC＜EC+DEC＜EC+DEC+DMC（如表1）；LiPF6與水的反應(yīng)速率隨溫度升高而大大加快，40℃下的反應(yīng)速率常數(shù)是20℃時(shí)的3～4倍，60℃時(shí)增大到20℃時(shí)的8～12倍，所以在配置電解液的時(shí)候一定要控制環(huán)境的溫濕度，目前量產(chǎn)所使用的電解液一般控制水分含量低于20ppm。

一些常用的添加劑如上表所示，用較少的量達(dá)到改善某一方面的性能。

(1)成膜添加劑：VC應(yīng)用的比較廣泛，其主要機(jī)理為碳負(fù)極表面發(fā)生自由基聚合反應(yīng)，生成聚烷基碳酸鋰化合物，從而有效抑制溶劑分子的共嵌入反應(yīng)；PS、ES、DES、DMS等物質(zhì)，其主要機(jī)理為還原分解形成SEI膜的主要成分是無機(jī)鹽Li2S、Li2SO3或Li2SO4和有機(jī)鹽ROSO2Li，大大增強(qiáng)SEI膜的穩(wěn)定性；

(2)安全類添加劑：阻燃添加劑，降低電解液放熱值以及自熱率，主要是含P或F的有機(jī)化合物，如有機(jī)磷化物、有機(jī)氟化物、以及氟代烷基磷酸酯等。放過充添加劑，其主要機(jī)理為氧化還原梭反應(yīng)（二茂鐵）以及電聚合反應(yīng)（聯(lián)苯、環(huán)己基苯）；

(3)多功能添加劑：除水、導(dǎo)電、成膜等綜合作用，酰胺類添加劑，與水形成氫鍵，同時(shí)含有孤對(duì)電子，起到穩(wěn)定SEI膜的作用。

添加成膜添加劑石墨負(fù)極循環(huán)后性能對(duì)比，可以明顯的看出，再添加成膜添加劑后負(fù)極材料在循環(huán)過好表面光滑了許多，而沒有添加成膜添加劑的負(fù)極則粗糙不少，循環(huán)也衰減的較快。

再添加了阻燃添加劑后，明顯看出再添加一定量后電解液已經(jīng)不可燃了，給高能量密度的電池帶來一定的安全保障。

下面將介紹兩款新型添加劑對(duì)電池性能的影響：

隨著鎳含量以及充電上限電壓的提高，正極材料對(duì)電解液的要求也越來越高，高鎳材料在循環(huán)過程中會(huì)產(chǎn)生NiO，進(jìn)而吸水、產(chǎn)氣造成電池失效。

一些聚磷酸酯類可以顯著的改善高鎳材料的性能。

LiPO2F2可在正負(fù)極表面成膜，顯著改善高鎳以及高電壓材料的性能，現(xiàn)在已經(jīng)作為普遍的添加劑得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著能量密度的提升，高電壓、高鎳正極材料，以及硅碳負(fù)極的廣泛應(yīng)用，越來越多的功能性添加劑將會(huì)被使用。

根據(jù)專家組給出的技術(shù)路線可以看出，就目前而言，需要進(jìn)行高純度、高穩(wěn)定性電解液的開發(fā)，后續(xù)將逐漸根據(jù)材料的發(fā)展進(jìn)行高電壓、復(fù)合鋰鹽以及全固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)，就中國(guó)目前電解液市場(chǎng)而言，準(zhǔn)入門檻并不高，但是隱形的技術(shù)是有壁壘的，而隨著關(guān)鍵原材料的國(guó)產(chǎn)化，目前電解液的成本也隨之進(jìn)一步降低，日韓企業(yè)也開始將制造工廠往國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)移，相信在不久的將來，中國(guó)的電解液將會(huì)走出國(guó)門，走向世界。

參考文獻(xiàn)：

1.動(dòng)力電池技術(shù)路線圖

2.高能量密度動(dòng)力電池開發(fā)報(bào)告

作者：鋰電聯(lián)盟會(huì)長(zhǎng)