鋰電池電解液發(fā)展5大趨勢解析

電解液是電池正負(fù)極之間起傳導(dǎo)作用的離子導(dǎo)體，由電解質(zhì)鋰鹽、高純度的有機(jī)溶劑和必要的添加劑等原料以一定的比例配成，在電池的能量密度、功率密度、寬溫應(yīng)用、循環(huán)壽命、安全性能等方面扮演著至關(guān)重要的角色。

鋰電池由外殼、正極、負(fù)極、電解液和隔膜組成，其中電極材料無疑是大家關(guān)注和研究的焦點(diǎn)。但與此同時(shí)，電解液也是不可忽視的一個(gè)方面，畢竟占據(jù)電池成本15%的電解液也確實(shí)在電池的能量密度、功率密度、寬溫應(yīng)用、循環(huán)壽命、安全性能等方面扮演著至關(guān)重要的角色。

電解液是電池正負(fù)極之間起傳導(dǎo)作用的離子導(dǎo)體，由電解質(zhì)鋰鹽、高純度的有機(jī)溶劑和必要的添加劑等原料以一定的比例配成。由于鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，形形色色的鋰電池對其電解液的要求也必然有所不同。接下來，小編就電解液的發(fā)展趨勢淺析一下鋰電關(guān)鍵原材料——電解液。

1、 高比能量型電解液

追求高比能量是目前鋰離子電池最大的研究方向，尤其是移動(dòng)設(shè)備在人們生活中所占有的比重越來越多的時(shí)候，續(xù)航，成為了電池最為關(guān)鍵的性能。

圖片來源: 北京化學(xué)試劑研究所

如圖所示，未來高能量密度電池的發(fā)展必然是高電壓正極、硅負(fù)極。負(fù)極硅具有龐大的克容量而被人們關(guān)注，但是由于自身的溶脹作用導(dǎo)致其無法應(yīng)用，近年來研究方向已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣杼钾?fù)極，其具有相對較高的克容量以及較小的體積變化，不同的成膜添加劑在硅碳負(fù)極方面的循環(huán)效果不同。

圖片來源: 北京化學(xué)試劑研究所

2、 高功率型電解液

目前，商品化的鋰電子電池很難實(shí)現(xiàn)高倍率持續(xù)放電，主要原因是電池極耳發(fā)熱嚴(yán)重，內(nèi)阻導(dǎo)致電池的整體溫度過高，容易發(fā)生熱失控。因此，需要電解液在保持高電導(dǎo)率的情況下能抑制電池升溫過快。而對于動(dòng)力電池，實(shí)現(xiàn)快充也是電解液發(fā)展的一個(gè)重要方向。

高功率電池不僅對電極材料提出了高固相擴(kuò)散、納米化使離子遷移路徑短、控制極片厚度和壓實(shí)等要求，也對電解液提出了更高的要求：1、高解離度電解質(zhì)鹽;2、溶劑復(fù)合-粘度更低;3、界面控制-膜阻抗更低。

3、寬溫型電解液

電池在高溫時(shí)容易發(fā)生電解液自身分解以及材料與電解液件的副反應(yīng)加劇;而在低溫時(shí)則可能會有電解質(zhì)鹽析出和負(fù)極SEI膜阻抗成倍增加。所謂寬溫電解液就是使電池?fù)碛懈�加寬泛的工作環(huán)境。下圖為各類溶劑的沸點(diǎn)對比圖及凝固對比圖。

圖片來源: 北京化學(xué)試劑研究所

4、 安全性電解液

電池的安全主要體現(xiàn)在燃燒甚至爆炸上，首先電池本身就具有可燃性，因此當(dāng)電池過充、過放、短路時(shí)，當(dāng)收到外界的針刺、擠壓時(shí)，當(dāng)外界溫度過高時(shí)，都可能引發(fā)安全事故。因此，阻燃是安全型電解液研究的一個(gè)主要方向。

阻燃功能是在常規(guī)電解液中加入阻燃添加劑獲得的，一般采用磷系或鹵系阻燃劑，要求阻燃添加劑價(jià)格合理且不損害電解液性能。此外，采用室溫離子液體作為電解液也已進(jìn)入研究階段，將完全排除易燃的有機(jī)溶劑在電池中的使用。并且離子液體具有蒸氣壓極低、熱穩(wěn)定/化學(xué)穩(wěn)定性好、不易燃等特點(diǎn)，將大幅提高鋰離子電池的安全性。

5、 長循環(huán)型電解液

由于目前鋰電池的回收，尤其是動(dòng)力電池的回收還存在較大的技術(shù)困難，因此提高電池的壽命是緩解這一現(xiàn)狀的一種方式。

長循環(huán)型電解液的研究思路主要有兩點(diǎn)，一是電解液的穩(wěn)定性，包括熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性;二是與其他材料的穩(wěn)定性，要求與電極成膜穩(wěn)定，與隔膜無氧化，與集流體無腐蝕。