3.1锂离子电池用高压电解液

锂离子电池的非水电解质一般是将导电盐类（如LiPF ₆）溶解在混合有机碳酸盐溶液（环状或非环状）中。其电导率明显低于含水电解质（约 10 mS/cm，高于硫酸或氢氧化钾电解的 1 S/cm）。在实际应用中，可以采用非常薄的微孔隔膜（通常厚度小于20μm）来弥补锂离子电池中非水电解液导电性不足的问题。

上述锂离子电池电解液的主要研究方向包括：①将电解液的工作温度范围从目前的20~60℃扩大到-40~85℃；② 研究不易燃电解质，提高电池安全性。

此外，电解液也是高电压锂离子电池发展的限流因素（电压超过4.5V的Li+ ^/ Li电动势就会出现不稳定）。

因此，高压电解液的开发通常受限于锂离子电池在高电位下工作时正极的反应活性，尤其是对于高于 4.5V 的Li ^{+ /Li 电位。} 另一种设想的方案是在电极（活性物质+导电剂+集流体）的电活性表面形成一层Li ^{+离子导电膜（其中Li +} 离子是由传统电解液中添加的添加剂分解或聚合产生的），对于例如，在石墨电极上形成固体电解质界面膜（SEI）。

可以预见，未来锂离子电池中会出现许多不同类型的添加剂，包括聚合物（二恶烷、联苯等）、磷化合物[亚磷酸三甲酯、铈化合物（LiBOB硫化合物（风、磺内酯）] , LiF, 以及液态离子化合物等

3.2锂离子电池离子液体

由于有机溶剂的蒸气压高、燃点低，以及LiPF6的热稳定性差，这类电解液降低了锂离子电池的安全性。离子液体的低挥发性、不燃性和良好的热稳定性使其成为制备新型锂离子电池电解液体系的潜在材料，可替代传统的锂离子电池电解液。

锂离子电池的离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子复杂结合而成的盐类，具有在外界环境温度下呈液态的特性。离子液体不挥发（不会在大气中扩散）、不易燃（不存在爆炸危险）、高温稳定性（根据混合程度可在高达200~400℃的温度下工作） 、亲水性或疏水性（根据阴离子的特性），粘度在37~50cP之间（在293K）。它们也是良好的电导体（介于 0.1 和 15 mS/cm 之间）并且具有宽的电化学窗口（介于 4 和 5 V 之间）。因此，它们可以替代挥发性有机溶剂。事实上，离子液体有一些显着的优点，包括环境友好（非挥发性，不易燃），以及修改正/负离子对的特性以获得适合特定应用需求的物理化学特性的能力。最后，作为无机化合物，离子液体也具有类似于有机溶剂的强溶解性。

可用作可充电锂离子电池电解质的离子液体必须具备以下特点：①电化学窗口宽；②阴离子弱配位，从而减少锂离子电池中离子团的产生（由于锂离子体积小，这种离子团现象在液体中从未完全消失）；③ 常温粘度低，提高了离子的迁移率；④ 工作温度范围广（如热稳定性高、熔点高）

最近的研究表明，虽然 1,3-咪唑盐是锂离子电池非常好的流体导体，但由于 1,3-咪唑阴离子的高阴极电位（相对于 Li + 约^1V/Li），它们不适合用作锂离子电池的电解液。季 (QA) 化合物虽然电化学非常稳定且易于合成，但迄今为止很少用作离子液体中的阳离子，并且由于其相对较高的熔点，比咪唑盐更难使用。然而，当离子液体如吡咯烷和吡啶酮使用衍生自环状季铵化合物的阳离子时，它们具有低熔点和粘度，以及比使用环状阳离子制备的离子液体显着更高的电导率。它们的性能可与基于咪唑阳离子的离子液体相媲美（例如 -18°C 用于 1-丁基-1-甲基吡咯烷三氟甲磺酰基 [TFSI] ^- 熔点）。此外，这些特性将随着阳离子尺寸的减小而改善。

It has been demonstrated that ionic liquids such as bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ([（CF₃SO₂）2N）^-（TFSI]^-  are composed of relatively small saturated quaternary ammonium cations in combination with electrochemically stable anions. -) gave encouraging results. Its properties include: ① wide electrochemical window, which is due to the low cathodic potential of its saturated quaternary ammonium cation and high anodic potential of [TFSI]^- ; ② low viscosity, which is due to the higher flow of [TFSI]^-  properties and good charge distribution; ③ a wider liquid-phase stability domain, which is determined by the low melting point and high thermal stability of [TFSI]^- salts.

尽管具有这些特性，但阴离子的摩尔质量和摩尔体积 [TFSI] ^- 成为限制电解质迁移率和离子电导率提高的明显瓶颈。^{因此，这是当前[TFSI] -} 离子电解液基锂离子电池应用中需要解决的一道坎。由于电解质的低电导率，无法满足大功率应用。为了提高基于季胺类化合物的离子液体在锂离子电池中的性能以满足高能量密度体系的应用，需要开发稳定的高性能阴离子，如更低的分子量和更小的离子尺寸.

在非水溶剂系统中，已发现 Li[C ₂ F ₅ BF _{3 ] 等盐类可提供与 LiPF 6}等工业标准化合物相当的性能，表明 [RFBF ₃ ]等离子的阴极和阳极稳定性用于锂离子电池的电解液是完全可以胜任的。另一种选择是将传统的低粘度电解质与离子液体相结合，这在目前非常受关注。

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本文由日本NEC锂电池中国营销中心于2023-04-19 21:50:52 整理发布。
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