鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，離不開(kāi)鋰離子電池電解液材料的研究。為了適應(yīng)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，不斷滿足鋰離子電池的各種功能要求，鋰離子電池電解液的研究顯得尤為重要。

在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的形成中，實(shí)用化有機(jī)液體電解液是功不可沒(méi)的。另外,針對(duì)不同的正負(fù)極材料調(diào)整配套的電解液組成，可以優(yōu)化電池的綜合性能，降低鋰離子電池的成本，從而使鋰離子電池替代一次性堿性電池市場(chǎng)成為可能。

電解液的每一次進(jìn)步都有力地推動(dòng)了鋰離子電池的應(yīng)用和迅速發(fā)展，而且在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，電解液材料仍將在鋰電池的發(fā)展中扮演非常關(guān)鍵的角色。

電解液設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用程序

電解液與電池性能關(guān)系密切

鋰離子電池的性能與電解液之間存在密不可分的關(guān)系：

1.鋰離子動(dòng)力電池

該電池主要應(yīng)用于航模、電動(dòng)汽車、電動(dòng)單車、電動(dòng)摩托、電動(dòng)工具等領(lǐng)域。電解液根據(jù)電池所用正負(fù)極材料、高低溫和安全性要求等來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保電池在安全、熱穩(wěn)定、化學(xué)和電化學(xué)性能穩(wěn)定、與正負(fù)極兼容方面同時(shí)滿足要求。通常使用多元溶劑，配合適當(dāng)?shù)匿圎}和添加劑，組成各項(xiàng)性能兼顧的鋰離子電池電解液，從而使鋰離子電池滿足動(dòng)力電池的要求。

2.耐超低溫鋰離子電池

該電池主要應(yīng)用于軍工、航空航天及北方寒冷地區(qū)，要求在低溫甚至是超低溫的條件下，仍能正?；虿糠终９ぷ鳎l(fā)揮常規(guī)容量的50%以上。電解液主要在溶劑熔點(diǎn)和溶質(zhì)搭配方面進(jìn)行綜合考慮，通常選用熔點(diǎn)較低的溶劑體系，以滿足電池的低溫要求。

3.高容量長(zhǎng)壽命鋰離子電池

18650型電池容量已由最初的1350mAh發(fā)展到了現(xiàn)在的2200mAh，下一步的目標(biāo)是提升到2600mAh～3600mAh甚至更高。因此需要在正負(fù)極材料和合成工藝等方面進(jìn)行改進(jìn)，比如使用高鎳正極復(fù)合材料，硅合金、錫合金等高容量負(fù)極材料。工藝方面可以通過(guò)提高電極活性物質(zhì)壓實(shí)密度或采用新的涂布工藝等，要求電池達(dá)到高容量的同時(shí)，具備良好的循環(huán)壽命。

4.高安全性鋰離子電池

通過(guò)改善電解液的溶劑體系和防過(guò)充添加劑、阻燃添加劑的使用，使電池在過(guò)充電、短路、高溫、跌落、針刺和熱沖擊等情況下的安全性能得以大大提高。

5.適用于各種正負(fù)極材料的鋰離子電池

由于常規(guī)正極材料所使用的鈷資源的匱乏，以及成本、安全性、環(huán)保性方面的局限，各種新型正負(fù)極材料不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)并投入應(yīng)用，與此相適應(yīng)的各種功能鋰離子電池電解液被大量開(kāi)發(fā)出來(lái)。

由此可見(jiàn)，鋰離子電池電解液的設(shè)計(jì)和研究都是緊緊圍繞鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的性能需要來(lái)進(jìn)行的，因此是密不可分的重要組成部分。

電解液材料未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

鋰離子電池憑借其自身的綜合優(yōu)勢(shì)正在走進(jìn)一個(gè)更為龐大的產(chǎn)業(yè)群——— 汽車動(dòng)力電池領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1000億美元。為了適應(yīng)這個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)群，鋰離子電池電解液材料未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將主要集中在新型溶劑、離子液體、添加劑、新型鋰鹽等方面，與新型正、負(fù)極材料相匹配，從而使鋰離子電池更安全，具有更高的功率、更大的容量，最終安全方便地應(yīng)用于電動(dòng)車、儲(chǔ)能、航天以及更廣泛的領(lǐng)域。

為了滿足鋰離子電池產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的需要，必須開(kāi)發(fā)出高安全性、高環(huán)境適應(yīng)性的動(dòng)力電池電解液材料。主要應(yīng)從電解液的溶劑、溶質(zhì)和添加劑的選擇上進(jìn)行考量：

(1)盡量選擇工作溫度范圍寬的溶劑，溶劑的熔點(diǎn)最好能在-40℃以下，沸點(diǎn)最好在150℃以上或更高，電化學(xué)窗口寬的溶劑能更好地防止在荷電狀態(tài)下的電解液的氧化還原反應(yīng)，同時(shí)可以提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。比如可以考慮使用離子液體、新型溶劑、多組分溶劑等，從而解決動(dòng)力電池的安全性和環(huán)境適應(yīng)性。

(2)選擇合適的溶質(zhì)，提高電池的環(huán)境適應(yīng)性。目前通常所用的LiPF6（鋰六氟磷酸鹽）分解溫度低，從60℃開(kāi)始就有少量分解，在較高溫度或惡劣的環(huán)境下，分解的比例大大增加，產(chǎn)生HF（氫氟酸）等游離酸，從而使電解液酸化，最終導(dǎo)致電極材料的損壞以及電池性能的急劇惡化。

(3)可以考慮添加適量的阻燃添加劑、氧化還原穿梭添加劑、保護(hù)正負(fù)極成膜添加劑等。采用阻燃添加劑可以確保電池內(nèi)部熱失控時(shí)，電解液不會(huì)燃燒起火，使電池安全性得以保證。采用氧化還原穿梭添加劑的作用是，防止當(dāng)電池尤其是動(dòng)力電池組由于在使用過(guò)程中出現(xiàn)異常的狀況，單體電池會(huì)經(jīng)常性過(guò)充或過(guò)放，從而導(dǎo)致電池性能的迅速惡化，進(jìn)而影響整組電池的性能和使用，甚至帶來(lái)安全隱患的發(fā)生。采用正負(fù)極成膜添加劑的作用是可以有效地保護(hù)正負(fù)極材料在充電狀態(tài)下與電解液的接觸反應(yīng)，通過(guò)成膜的形式，將高度活性的正負(fù)極與電解液隔離開(kāi)來(lái)，從而防止電解液在電極表面的反應(yīng)。

綜上所述，鋰離子電池電解液的發(fā)展必定促進(jìn)鋰離子電池的未來(lái)發(fā)展，最終為全球環(huán)保問(wèn)題的解決作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

相關(guān)鏈接

鋰電池電解液的發(fā)展歷程

上世紀(jì)90年代以來(lái)，鋰離子電池電解液的發(fā)展大體經(jīng)過(guò)了3個(gè)階段，分別是：

第一階段，富含碳酸乙烯酯(EC)或碳酸丙烯酯（PC）的二元液體電解液。1996年鋰離子電池誕生初期，電解液中的EC或PC含量高，通常在50%左右，那時(shí)負(fù)極材料多用石油焦，而其對(duì)PC的嵌層不敏感。此時(shí)的鋰離子電池性能較差，容量也較低，主要應(yīng)用于手機(jī)電池領(lǐng)域。

第二階段，富含碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)等低黏度組分的電解液。1997年～2004年間，為了進(jìn)一步提高電解液的導(dǎo)電性，改善電解液與石墨類負(fù)極材料的相容性，PC基本不被使用，EC的用量被控制在15%-35%之間。為了改善電解液的成膜性質(zhì)，新型溶劑如碳酸甲乙酯(EMC)等出現(xiàn)并與EC配合使用，添加劑也在這階段開(kāi)始大量出現(xiàn)，并有少量進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)階段。此時(shí)鋰離子電池性能和容量大幅度提高，電池壽命大大延長(zhǎng)，鎳氫、鉛酸電池市場(chǎng)被快速替代。

第三階段，多元化液態(tài)鋰離子電池電解液。最近幾年來(lái)，鋰離子電池電解液的發(fā)展很快，優(yōu)化方案也非常多，電解液的鋰鹽不止一種，溶劑組成更加復(fù)雜。另外，高溫電解液、低溫電解液、安全電解液、高功率動(dòng)力電池電解液開(kāi)始占據(jù)顯著地位。同時(shí)，新的溶劑也不斷出現(xiàn)并得到應(yīng)用。因此，電池性能得以進(jìn)一步提高，功能化、專業(yè)化更加明顯，從而推動(dòng)了鋰離子電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)期。此時(shí)，鋰離子電池不斷搶占傳統(tǒng)電池的市場(chǎng)份額，同時(shí)又在不斷拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域，從數(shù)碼產(chǎn)品、儲(chǔ)能電池到玩具、電動(dòng)工具、電動(dòng)單車等等。

未來(lái)鋰離子電池電解液的發(fā)展方向?qū)⑹牵焊踩⒏€(wěn)定、更長(zhǎng)壽命的鋰離子電解液的開(kāi)發(fā)應(yīng)用(比如離子液體、更穩(wěn)定安全的電解質(zhì)鹽等)，以及與之相匹配、安全性能更好的正、負(fù)極材料(如磷酸亞鐵鋰等)，從而使鋰離子電池在電動(dòng)車領(lǐng)域迅速推廣。

全球鋰離子電池市場(chǎng)狀況