锂离子电池电解液功能性添加剂设计及应用

为提高锂离子电池的电化学性能,开发适合不同电解液的功能性添加剂是重要手段之一。功能性添加剂可以在不增加电池成本的情况下,显著改变电池的电化学性能,如改善循环性能,提高可逆容量和电解液电导率。本文分别从溶剂和添加剂两方面进行系统分析,介绍了锂离子电池电解液功能性添加剂的现状与进展,并提出面临的问题。本文以功能性添加剂的不同官能团为出发点,分析其作用机理,并分类探讨了阻燃添加剂、高电压添加剂等的优缺点、应用和前景。最后对锂离子电池电解液的溶剂及其添加剂的发展进行了展望。     

新型锂离子电池电解液添加剂的合成与应用

设计并合成了一系列基于苯环和环状碳酸酯的有机分子双(2,3-环碳酸甘油酯)对苯二甲酸酯、三(2,3-环碳酸甘油酯)均苯三甲酸酯和四(2,3-环碳酸甘油酯)均苯四甲酸酯,采用倍率测试、恒流充放电测试、交流阻抗测试和扫描电子显微镜测试等手段研究了这些添加剂对锂离子电池性能的影响.通过对循环20周前后球化石墨电极形貌的对比,发现含均苯四甲酸酯和均苯三甲酸酯的电解液球化石墨电极表面相对于空白电解液可形成一层致密而稳定的固体电解质中间相膜(SEI),从而优化电极-电解液的界面性能,且电池电阻增加较小;在测试电池的倍率性能时发现,均苯四甲酸酯的加入可以改善电池的倍率性能,而对苯二甲酸酯的加入则未能改善电池的循环性能.     

锂离子电池电解液的研究进展(英文)

综述现今锂离子电池电解液的研究进展 .评估了电解液中锂盐、溶剂、填加剂以及杂质等对电解液的电导、固体电解质相界面 (SEI)的形成、电池循环寿命等的影响     

锂离子电池有机电解液材料研究进展

综述了锂离子电池有机电解液材料的研究现状。锂离子电池有机电解液主要由电解质锂盐、有机溶剂和添加剂三个部分组成,新型电解质锂盐的研究开发可分为三个方面：（1）LiTFSI及其类似物;（2）络合硼酸锂化合物;（3）络合磷酸锂化合物。有机溶剂的研究工作主要集中在新型有机溶剂的开发上。最重要的添加剂主要有三类：（1）主要用以改善碳负极SEI膜性能的添加剂;（2）过充电保护添加剂;（3）配体添加剂。     

锂离子电池有机电解液成膜添加剂研究进展

综述了锂离子电池有机电解液成膜添加剂的作用原理，从气体、液体、固体成膜添加剂三个方面综述了目前成膜添加剂的研究现状。重点论述了每一种添加剂的作用原理以及在碳负极上的还原机理，同时对它们的优缺点也作了适当的评述。     

锂离子电池正极界面修饰用电解液添加剂

提高电压是提高锂离子电池比能量的重要途径之一。例如,LiNi_0.5Mn_1.5O₄(4.7 V)、LiNiPO₄(5.1 V)和富锂锰基等电极材料在较高的充电截止电压下表现出较高的能量密度和较低的成本,具有很好的应用前景。另外,提高LiCoO₂和三元电池体系的充电截止电压是提升电池能量密度的简单有效措施。但是,当电池充电截止电压提高时,不仅会造成电解液在正极/电解液界面的氧化分解,还会加速正极中金属阳离子在电解液中的溶解,造成电池循环性能和安全性下降。采用不同的正极界面修饰用电解液添加剂,既可以有效钝化正极/电解液界面,抑制电解液的分解,还可以有效抑制正极结构的破坏。本文从添加剂的分子结构出发,介绍了磺酸酯、硼酸酯、磷酸酯、氟代碳酸酯、腈类、酸酐和锂盐等添加剂在正极界面的相关研究成果,并对不同添加剂的作用机理进行了详细的解释和归纳;另外,介绍了添加剂的联用技术在不同电池体系中的最新研究成果;最后,对新型正极界面修饰用电解液添加剂的开发进行了展望。     

当前和下一代锂离子电池电解液的原子尺度微观认识和研究进展

电解液及构筑电极电解液界面对于开发和应用高比容量储能系统至关重要。具体来说,电解液的机械（抗压性、粘度）、热（热导率和热容）、化学（溶解性、活度、反应性）、输运和电化学（界面及界面层）等性质,与其所组成的储能器件的性能直接相关。目前,大量的实验研究通过调控电解液的物理和/或化学组成来改善电解液性能,以满足新型电极材料的工作运行。与此同时,理论模拟方法近年来得到了迅速发展,使人们可以从原子尺度来理解电解液在控制离子输运和构筑功能化界面的作用。站在理论模拟研究的前沿上,人们可以利用其所揭示的机理性认识对新型电解液开展理性设计。本文首先总结了传统电解液的组成、溶剂化结构和输运性质以及电极电解液界面层的形成机理,进一步讨论了利用新型电解液设计稳定电极电解液界面层的方法,包括使用电解液添加剂、高浓电解液和固态电解质,并着重讨论了对这些新型电解液体系进行原子尺度模拟的最新进展,为了解和认识电解液提供更为基本的理解,并为未来电解液的设计提供系统的指导。最后,作者对新型电解液的理论筛选进行了展望。     

锂离子电池高温电解液

本文综述了适合高温锂离子电池用电解液的研究进展和发展前景。从电解质盐和溶剂的高温稳定性方面进行了论述,阐明了现有商用电解液体系在高温时的不足,提出了开发高温电解质盐、难燃有机溶剂、离子液体和阻燃添加剂的思路。通过官能团的修饰,可以克服现有锂盐的不足,开发出适用于高温条件的电解质盐。非碳酸酯类有机溶剂单独使用时的电化学性能较差,离子液体与常用正负极材料的兼容性有待改善,目前最有可能实用化的高温电解液是碳酸酯和阻燃剂的共混体系。通过引入多种阻燃元素或部分基团改进,可以合成出综合性能良好的阻燃剂,进而提高电解液的高温适用性。     

锂离子电池有机电解液研究

本文分析了影响有机电解液电导率的主要因素 ;总结了有机电解液的一般特点 ,从有机溶剂和电解质锂盐两个方面介绍了有机电解液的化学和电化学 ;概述了各常用有机溶剂的性质和近年来的研究状况 ;综述了有机电解液在电解质锂盐、有机溶剂和添加剂三个方面的研究进展 .文章最后对有机电解液研究的现状作了简要的评论     

高压锂离子电池电解液的研究进展

电极/电解液界面不稳定是高压锂离子电池发展的主要瓶颈.提高界面稳定性是高压锂离子电池得以应用的前提.本文综述了碳酸酯基电解液氧化分解反应机理、新型耐高压溶剂体系和新型成膜添加剂实验与理论的研究进展.     

锂离子电池电解液成膜添加剂乙烯基亚硫酸乙烯酯的电化学行为

研究了具有不饱和双键和亚硫酸酯双官能团的乙烯基亚硫酸乙烯酯(VES)作为锂离子电池电解液成膜添加剂对中间相碳微球(CMS)和LiFePO4电极电化学性能的影响. 结果表明: 在1 mol/L LiClO4/PC电解液体系中, 少量的VES (5%)能够在电化学过程中先于PC在CMS表面还原, 形成稳定的SEI膜, 明显抑制PC和溶剂化锂离子共嵌入石墨层间, 改善了电池的循环性能. 此外, 电解液1 mol/L LiClO4/PC＋5%VES (V∶V)在LiFePO4电极中展现出良好的电化学稳定性.     

锂离子电池高电压电解液

开发高电压正极材料是发展高能量密度锂离子电池的重要途径之一。常规电解液在高电压下容易与正极材料表面发生副反应,影响高电压正极材料性能的发挥,因此,高电压电解液引起了人们广泛的关注。本文主要从新型溶剂体系和常规碳酸酯溶剂体系两方面对锂离子电池高电压电解液进行综述与评价,提出了现有电解液的不足及面临的问题。从电解液溶剂分子设计理论入手,分析了砜类溶剂、腈基溶剂和离子液体等新型溶剂作为高压电解液溶剂的优缺点,同时探讨了不同种类添加剂在常规碳酸酯溶剂体系中的作用机理。此外,本文还介绍了理论计算方法在锂离子电池高电压电解液研究中的应用,并对其在设计新型高电压电解液中的应用前景进行了展望。     

锂离子电池中固体电解质界面膜(SEI)研究进展

本文综述了锂离子电池中固体电解质界面膜(SEI膜)的研究进展.在总结SEI膜的形成机理及模型的基础上,讨论了对SEI膜可能的影响因素及其改性方法,以及各种表征技术、特别是原位分析技术在SEI膜研究中的实际应用.指出在今后的研究中,正极表面与电解液间的界面膜,以及引入水溶性粘合剂体系后正负极表面与电解液间的相互作用将成为人们关注的热点。     

功能添加剂对锂离子电池的防过充电化学行为研究

研究了功能添加剂3-氯苯甲醚(3CA)和联苯(BP)联合使用在锂离子电池电解液中的防过充行为。通过采用微电极循环伏安法、动电位扫描分析、扫描电镜法和充放电法等手段研究表明：联苯和3-氯苯甲醚混合添加剂的聚合电位随3-氯苯甲醚含量的增加由4.7V前移至4.6V (vs. Li/Li+);电池在正常工作电压(2.75V~4.2V)下,添加剂不参与电池反应过程;当电压高于4.2V电池发生过充时,3-氯苯甲醚在电极表面首先发生氧化还原飞梭分流限压对电池进行过充保护;电压继续升高时,联苯在电极表面发生电聚合反应,生成的聚合膜表面光滑致密是电子的良导体能有效的阻止Li+的嵌入与脱出,并通过自放电使电池处于安全状态,防止电池过充发生爆炸。两种防过充机制共同作用,对电池实施多重护防,提高了电池的安全性能。     

Xylene as a New Polymerizable Additive for Overcharge Protection of Lithium Ion Batteries

The electrochemical properties and overcharge protection mechanism of xylene as a new polymerizable electrolyte additive for overcharge protection of lithium ion batteries were studied by cyclic voltammetry tests, charge- discharge performance and battery power capacity measurements. It was found that when the battery was overcharged, xylene could electrochemically polymerize at the overcharge potential of 4.3—4.7 V (vs. Li/Li＋) to form a thin polymer film on the surface of the cathode, thus preventing voltage runaway. On the other hand, the use of xylene as an overcharge protection electrolyte additive did not influence the normal performance of lithium ion batteries.     

Effects of Sodium Sulfate as Electrolyte Additive on Electrochemical Performance of Lead Electrode

Sodium sulfate as an electrolyte additive was studied via electrochemical methods including linear sweep voltammetry(LSV), cyclic voltammetry(CV) and electrochemical impedance spectroscopy(EIS) to deeply understand its effect on the hydrogen evolution current and overpotential as well as the formation and structure of anodic passivation films on lead surface during the redox processes. The results achieved will be valuable to improve the cycle life and maintenance-free properties of lead-acid batteries.     

添加剂氟代乙烯碳酸酯对锂离子电池低温性能影响的机制研究

本文通过磷酸铁锂/碳电池研究了电解液添加剂氟代乙烯碳酸酯（FEC）对电池低温性能的影响. 电池充放电实验证明,FEC添加剂能够在负极表面形成良好的固体电解质界面层（SEI）. 电解液中添加5% FEC后,电池-40 ^oC低温放电容量保持率可以从31.7%提高至43.7%,还提高了电池放电电压平台. 交流阻抗测试表明,FEC的加入能够有效降低电池的界面传荷阻抗（R_ct）. 参比电极测试表明,其主要是降低了碳负极的低温极化.     

Triallyl Isocyanurate as an Efficient Electrolyte Additive for Layered Oxide Cathode Material-Based Lithium-Ion Batteries with Improved Stability under High-Voltage

In this study, a new electrolyte additive 1,3,5-tri-2-propenyl-1,3,5-triazine-2,4,6-(1H, 3H, 5H)-trione (TAIC) for lithium-ion batteries is reported. The additive is introduced as a novel electrolyte additive to enhance electrochemical performances of layered lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM) and lithium cobalt oxide (LiCoO₂) cathodes, especially under a higher working voltage. Encouragingly, we found protective films would be formed on the cathode surface by the electrochemical oxidation, and the stability of the cathode material–electrolyte interface was greatly promoted. By adding 0.5 wt.% of TAIC into the electrolyte, the battery exhibited outstanding performances. The thickness swelling decreased to about 6% after storage at 85 °C for 24 h, while the capacity retention of cycle-life performances under high temperature of 45 °C after the 600th cycle increased 10% in comparison with the batteries without TAIC. Due to its specific function, the additive can be used in high energy density and high voltage lithium-ion battery systems.     

新型成膜电解液添加剂亚硫酸丁烯酯的电化学行为

合成制备了一种新的环状亚硫酸酯类有机溶剂——亚硫酸丁烯酯(BS). 量子化学计算结果表明, 亚硫酸丁烯酯有机溶剂分子的总能、LUMO值比碳酸丙烯酯有机溶剂的低, 具有较强的得电子能力, 不易被氧化. 其作为添加剂与碳酸丙烯酯(PC)混合应用于锂离子电池中, 可有效地抑制PC在石墨电极中的共插入, 能显著改善循环性能.     

锂空气电池非水基电解液的优化与研究进展

锂空气电池是介于燃料电池和锂电池之间的一种新一代高性能绿色二次电池, 其理论比能量高达11140 Wh/kg (Li), 是锂离子电池的6～9倍, 同时具有输出电压稳定、环境友好等优点, 应用前景广阔. 电解液是电池中重要的组成部分, 在决定电池的电化学性能方面起着至关重要的作用. 综述了锂空气电池中有机电解液、离子液体和固态电解质等三种非水基电解质的研究进展, 系统阐述了各电解液不同化学性质(电化学稳定性、离子导电率、极性)、物理性质(如介电常数、黏度、氧气溶解度、吸湿性)和物理化学性质(对阴极材料的浸润能力等)对锂空气电池放电比容量、大电流放电能力和循环性能的影响, 并对其未来的发展方向进行了展望.