关键词：锂离子电池；宽温域电解液；低温性能；高温性能；添加剂
20世纪90年代初，日本索尼公司率先推出钴酸锂/石墨锂离子电池[1]。如今，锂离子电池虽然在小型 移动电源领域(如手机、笔记本电脑、数码相机)已获得广泛的应用，但其对低温和高温环境的耐受性仍然无法满足极端条件下的应用要求[2 3]。当温度过低时，电解液的电导率会大大的降低、SEI膜阻抗增大，锂离子在电极中的传递阻抗也会增大。温度较高时，电极又极容易与电解液发生各种复杂的界面反应，如正极材料的氧化和SEI膜成分的变化等。如果温度继续增高，电池内部的剧烈反应将导致热失控，从而引发安全问题。本文将从改善电池低温性能及提高电池高温性能两方面综述宽温域锂离子电池电解液的研究进展及未来发展趋势。
1 低温电解液的研究进展
锂离子电池低温电解液的性能主要受限于3方面。首先，常用的EC基电解液在低温条件下黏度增大甚至凝固，使得电解液离子电导率变差；其次，低温下电极界面膜(SEI)电荷迁移阻抗增加，使充放电过程电极极化加大；再次，在低温下条件下，锂离子电池在恒流充电的后期易产生析锂现象，导致SEI膜状况恶化，电池循环性能变差。因此，改善锂离子电池低温性能的研究主要从以下几个方面入手：1）溶剂成分优化。2) 锂盐优化。3) 低温添加剂。
1.1低温溶剂的研究
根据电解液的性能要求，理想的锂离子电池电解液低温共溶剂应具有以下条件：1)熔点低(Tm)，沸点高(Tb)，蒸气压低，在提高低温性能的同时尽量不对 电池高温性能产生不利影响；2)具有较低的黏度(η)及较高的介电常数(ε)，从而使电导率高，有利于锂离子传输。此外，还应该具有化学性能稳定、与电池 内各组件不发生反应、安全无毒、价格便宜等特点。
1.2 低温锂盐的研究
锂离子电池的锂盐可分为无机阴离子锂盐和有机阴离子锂盐两大类。在无机锂盐中LiClO4具有电导率较高，热稳定好，价格低廉，易于制备和纯化等特点，但其较强的氧化性会带来安全隐患；LiBF4其阴离子半径较小，容易缔合，使得电解液电导率较低，故电池倍率性能较差。但其在高温或低温情况下性能优于 LiPF6。综合来讲， LiPF6是目前性能最优的锂盐，电导率较大、电化学稳定性好，不腐蚀铝集流体，但其价格较贵，抗热和抗水解性能不够理想。有机锂盐主要包括 LiCF3SO3(三氟甲磺酸锂)、LITFSI(二(三氟甲基磺酰)亚胺锂)、LiODFB(二氟草酸硼酸锂)、Li(C2H5)3PF3等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中，LiCF3SO3、LITFSI 制备成本相对较高且不易纯化，磷酸Li(C2H5)3PF3是用C2H5基团取代LiPF6中的氟原子形成的，与LiPF6相比，Li(C2H5)3PF3的热稳定性、耐水解性能和闪燃点均显著提高，增加了电池的安全性，与 LiPF6 混合使用能显著提高电解液的高温性能，具有良好的发展前景。
1.3 低温成膜添加剂
（1) 降低膜层阻抗
少量的碳酸亚乙烯酯(VC)加入，能提高Li迁移速率及负极界面的稳定性，从而提高电池低温性能。MOLLER等发现 N,N-二甲基三氟乙酰胺(DTA)具有较低黏度及在石墨负极良好的成膜性能，其添加入PC溶剂中，可使电解液凝固点降到 40 ℃以下。
（2) 改善锂盐沉积
低温下充放电会引起锂盐沉积，从而降低电池寿命，因此，对于长期在低温下工作的电池，需要重点考虑锂盐沉积问题。
2 锂离子电池高温电解液的研究进展
目前对提高锂离子电池高温稳定性的研究主要集中在3个方面：1)开发高温性能优异，能替代LiPF6的高温锂盐；2)寻找性能优良的锂盐稳定剂，抑制高温下 LiPF6分解；3)寻找高温成膜添加剂，提高SEI膜的高温稳定性。
2.1 高温锂盐
人们研究的新型耐高温锂盐主要集中在磷酸锂配合物及硼酸锂配合物上，这两种类型锂盐由于以B或P原子为中心，其吸电子能力较强，容易形成大的共轭 π键，以分散中心离子的负电荷，使阴离子更加稳定，研究较多的为 LiBOB、LiODFB、LITSFI。
2.2 锂盐稳定剂
有研究表明，少量路易斯碱性添加剂可以削弱 PF5的反应活性和酸性。由于 PF5是呈缺电子性的，所以富电性化合物可以很好的达到削弱 PF5的反应活性和酸性的目的。理想情况下这些化合物如果带有轻微的路易斯碱性，则可以使 LiPF6 LiF+PF5反应的平衡不会向分解方向移动。
2.3 高温成膜添加剂
在锂离子电池首次循环过程中电解液组分发生分解，在石墨化负极表面形成
一层对电池性能有很大影响的固态电解质界面，即为SEI膜。
3 锂离子宽温域电解液的发展趋势
目前开发的低温锂电池普遍高温性能不好，而高温锂电池则常常低温性能 较差。针对军用或民用极端工作需求，开发同时兼顾高低温的锂离子电池电解液将是未来的发展趋势。
参考文献
[1] 刘兵晓. 氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池低温性能的影响及其 机理研究[D]. 上海: 华东理工大学, 2012.
[2] 车海英, 杨 军, 吴 凯, 王久林, 努丽燕娜. 二(三氟甲基磺 酰)亚胺埋对磷酸铁锂正极高温行为的影响[J]. 化学学报, 2011, 69(11): 1287 1292.
[3] 胡传跃, 李新海, 郭 军, 汪形艳, 易 涛. 高温下锂离子电 池电解液与电极的反应[J]. 中国有色金属学报, 2007, 17(4): 629 635.
论文作者: 高雪丽,周亚辉
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第3期
论文发表时间:2020/4/22
标签：电解液论文; 低温论文; 性能论文; 高温论文; 锂离子电池论文; 电池论文; 添加剂论文; 《工程管理前沿》2020年第3期论文;