锂离子电池高压电解液应用及电化学性能分析

伍沛亮，李沫林（.佛山中国科学院产业技术研究院，广东佛山 5800；.一汽-大众汽车有限公司佛山分公司，广东佛山 585）

锂离子电池高压电解液应用及电化学性能分析

伍沛亮1，李沫林2
（1.佛山中国科学院产业技术研究院，广东佛山 528200；2.一汽-大众汽车有限公司佛山分公司，广东佛山 528225）

在锂离子电池中电解液是传递锂离子的载体，正是通过电解液实现电池正极、负极及隔膜的连接，由此可见，电解液的品质会直接影响锂离子电池的性能。传统水系电解液的理论分解电压仅1.23V，所以铅酸蓄电池主要应用水系电解液其最高电压仅为2V，而锂离子电池工作电压至少在3～4V，因此研究锂离子电池高压电解液的应用及电化学性能具有重要意义。以磷酸铁锂离子电池（LiFePO4）使用草酸二氟硼酸锂（LiBC2O4F2）基电解液为例，分析LiBC2O4F2的电化学性能。

锂离子电池；高压电解液；电化学性能

1 锂离子电池电解液应用要求

传统水系电解液不适用于锂离子电池，锂离子电池电解液必须应用电化学窗口更宽的非水电解液体系，至少要达到以下几点要求：在较宽的温度范围内电解率要保持较高的水平及稳定的性能；在较宽的温度范围内具有良好的稳定性，不会发生分解、其它化学反应等；具备较宽的电化学窗口，在0～5V之间可保证电解液不会出现显著副反应为宜；电解液与电极材料的相容性好，保证形成的钝化膜稳定、有效；闪点高，易燃性差，具备较高的安全性；低毒或无毒且造价低，不会对人体造成危害，且不会增加过多的生产成本。在整个锂离子电池中电解液占整个电池质量的15%，且电解液的性能会对锂离子电池的容量及循环性能起到决定性作用。

2 锂离子电池电解液的组成

锂离子电池电解液通常包括3个部分。其中锂盐的主要作用是为电荷传递提供锂离子，有机溶剂为溶剂化锂离子的产生提供基础，添加剂则用于改善电池的某些性能等。虽然锂盐的种类很多，但适用于锂离子电池的锂盐必须具备以下条件：在有机溶剂中易解离，有足够高的溶解度才能保证足够的电导率；锂盐阴离子不得与电解液发生有害副反应，即具备较好的耐氧化性及还原性，并且阴离子的还原产物要对SEI膜的形成起到促进作用；无毒无污染，造价成本低，制备简单。有机溶剂的主要作用是解离锂盐，提供锂离子载体，溶剂的性能直接决定电解液的性能，而锂离子电池电解液溶剂必须满足以下条件：可溶解足够多的锂盐，保证锂离子浓度，实现较高的介电常数；粘度低，易于锂离子传输；与正负极有较好的兼容性，不会影响正负电极结构；液程宽，在较宽的温度内保持液态，高沸点低熔点；低毒且成本低。锂离子电池电解液添加剂的主要作用是改善电池循环性能、可逆容量、电解液的导电率等性能，相比锂盐及有机溶剂而言，虽然添加剂的用量少，但其改善电池某些性能的效果十分显著，当然要求添加剂不得与电池正负极发生副反应，不会从负面影响电池性能；在有机溶剂中溶解度高，且低毒成本低。

3 LiBC2O4F2电解液电化学性能测试

在锂离子电池电解液研究中，通常通过测试电解液的电导率、循环伏安、电化学阻抗等三项指标对电解液的电化学性能进行评价。电导率的物理意义即物质的导电性能，电导率越大，物质的导电性能越高，因此在锂离子电池中电解液的电导率会直接影响到锂离子的迁移阻力及电池倍率充放电性能。循环伏安是一种常用的研究电极氧化还原过程的电化学测试方法，电解液化学性能测试中可用该方法测试电解液的氧化电位。电化学阻抗测试主要研究电极与电解质界面的反应。本研究以LiBC2O4F2基电解液为例，与LiPF6对比分析LiBC2O4F2的电化学性能。

3.1 测试方法

应用上海产CHI660A电化学工作站对电解液在铝箔上的氧化分解电位进行测试，铝箔为工作电极，锂片为对电极及参比电极，扫描速度1mV/S，扫描范围2.5～6.5V；电解液导电率应用3107实验室电导率仪进行测试，三电极电池的循环伏安曲线、交流阻抗谱采用CHI660A电化学工作站进行测试；双电极扣式电池的充放电性能、循环性能采用BS9300二次电池性能测试仪进行测试。充电终止电压4.0，放电截止电压2.7V；温度25℃和60℃。

3.2 测试结果

3.2.1 电解液的稳定性

采用线性扫描伏安法测试电解液对正极集流体的电化学稳定性，首次扫描LiBC2O4F2的阳极电流由4.25V逐渐增加，扫描电位越大，电流增加幅度就越大；而二次扫描时则从6.00V开始大幅增加；由此可见LiBC2O4F2在铝箔上生成了一层氧化物薄膜，对其在铝箔上高电位时的氧化反应可起到抑制作用。

3.2.2 循环伏安曲线

在25℃环境下，LiBC2O4F2与LiPF6保持基本相似的循环伏安曲线，但LiBC2O4F2电解液电池峰电位差更大，还原峰与氧化峰峰电流相近；在60℃环境下LiBC2O4F2循环伏安曲线保持较好的稳定性，而LiPF6氧化还原峰则分裂为多个峰值，证明其可能出现分解反应，因此LiBC2O4F2在高温环境下其循环伏安曲线更加稳定。

3.2.3 交流阻抗

由使用LiBC2O4F2电解液的三电极模拟电池交流阻抗谱可知，LiBC2O4F2电解液的电池电荷转移电阻较低，在25℃时循环次数增加，电池界面电荷传输反应阻抗也越大；在电池充放电过程中电极材料表面会形成一层表面膜，多次循环会使表面膜逐渐变厚，从而阻抗也不断增加；在60℃环境下，电池界面电荷传输反应阻抗与循环次数同样呈正相关。

上述测试中，LiBC2O4F2电解液电池稳定的循环伏安曲线表明其具有优良的可逆性，而交流阻抗谱表明LiBC2O4F2电解液电池电荷转移电阻较低，证明其在高温环境下仍能保持良好的电化学性能。

[1] 姚晓林，田超，陈春华.氯代磷酸酯作为锂离子电池电解液阻燃添加剂的性能研究[J].中国科学技术大学学报，2016，（4）.

[2] 郝迷花.锂离子电池电解液阻燃添加剂的研究与应用[J].平原大学学报，2016，（2）.

Application and Electrochemical Performance Analysis of High Voltage Electrolyte for Lithium Ion Batteries

Wu Pei-liang，Li Mo-lin

Electrolyte is the carrier of lithium ion in lithium ion battery.It is through the electrolyte that the positive pole，the negative pole and the separator of the battery are connected.Thus，the quality of the electrolyte directly affects the performance of the lithium ion battery.The traditional electrolytic solution of the traditional theory of electrolysis voltage is only 1.23V，so the main application of lead-acid battery electrolyte is the maximum voltage of only 2V，while the lithium-ion battery voltage at least 3-4V，so the study of high-voltage lithium-ion battery electrolyte And electrochemical properties.The electrochemical performance of LiBC2O4F2was studied by using lithium difluoroborate（LiBC2O4F2）as the electrolyte，using lithium iron phosphate（LiFePO4）as the electrolyte.

lithium ion battery；high voltage electrolyte；electrochemical performance

TM912.9

B

1003-6490（2016）12-0086-02

2016-11-15

伍沛亮（1985—），女，广东云浮人，工程师，主要研究方向为新材料、新能源。