电解液:锂电池的锂离子导体与性能基石深度讲解

2025.02.03 来源: 锂电池知识

众所周知,电解液被称为锂电池的“血液”,当电池被注入了电解液之后,才算得上是一个真正的电池,否则就如同空有一个“躯壳”,虚有其表。可以说电池在注入电解液的那一刻,就犹如肉体被赋予了灵魂一般,瞬间得到了升华。

电解液,英文名Electrolyte,为无色透明液体,是锂离子电池的主要组成部分,与正极、负极、隔膜并称为锂电池的四大主材,被称为锂电池的“血液”。电解液在锂电池中起到锂离子传输的重要作用,是电池能够进行充放电的关键所在。

一、电解液的组成部分

电解液的组成部分为有机溶剂、锂盐以及添加剂。其中,有机溶剂通常为碳酸酯类有机溶剂,如碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸乙烯酯EC等等。锂盐则有六氟磷酸锂(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷氟磺酰亚胺锂(LITFSI)等。另外,为了保证电解液在电池中的稳定性、提高电池的充放电效率和循环性能等,或者根据不同的功能要求,电解液中还会添加少量的添加剂,比如成膜添加剂氟代碳酸乙烯酯FEC、碳酸亚乙烯酯VC等等,亦或是提高电池低温性能的DTD,还有具备阻燃功能的磷酸盐类等。

电解液组成

二、生成流程

电解液生产流程

电解液的生产工艺相对简单,将锂盐溶解于有机溶剂中,并加入一些必要的添加剂,即可制备得到电解液。

根据配方,首先在有惰性气体(通常为氮气)保护的搅拌釜中加入相应比例经过脱水处理的溶剂(通常为多种溶剂搭配混合使用),然后开启冷冻机进行溶剂冷却,当达到合适的温度之后,缓慢加入锂盐并充分搅拌使锂盐充分溶解,期间锂盐(LiPF6)的加入会释放热量使溶剂的温度上升,因此前面和加入锂盐的过程要对溶剂进行冷却。加入锂盐过程要少量缓慢加入,并且要时刻观察温度的变化,不可过高,避免对电解液的品质产生影响。锂盐加入完成之后,最后加入添加剂并充分搅拌混合均匀,最后经过取样检测合格之后,通过压力灌装到不锈钢桶中静置一段时间,即可包装入库。

电解液中常见的溶剂及占比

三、技术指标

电解液的技术指标一般包括电导率、密度、水分、色度、酸度、粘度、离子杂质等,不同电解液配方或者客户需求不同,以上技术指标要求都不尽相同。

  • 1、电导率
    电导率是电解液的重要技术指标,其主要影响锂电池中锂离子的传输,高电导率表现为支持电池的高倍率、大电流充放电。锂盐的添加量直接影响电导率的高低,当然这不是绝对的,不同溶剂配方的电解液,同样的锂盐添加量,电导率的差别也可能会很大。通常电解液的电导率在5-15mS/cm之间。
  • 2、密度
    密度主要受不同溶剂添加量及锂盐添加量的影响。密度大的溶剂比例大以及锂盐的添加比例高,则会导致电解液的密度较大。电解液的密度通常在1-1.5g/mL之间。
  • 3、水分
    水分同样是电解液的重要指标,通常为原材脱水不合格或者生产过程引入。水分过高会导致电解液中的锂盐与水发生反应产生酸性物质,对电池性能产生影响,通常要求水分小于10ppm,最高不超过20ppm。
  • 4、酸度
    酸度过高会对电池内部产生腐蚀,同时导致发生诸多的副反应,导致电池容量衰减、跳水等,对电池的循环性能造成影响。
  • 5、色度
    色度即电解液的外观颜色,正常而言电解液为无色透明的液体,但是在制备过程可能由于操作不当,或者是加入了一些会导致变色的添加剂等,可能会引起电解液的颜色有所加深。通常电池厂对色度的要求不是很严格,一般在低于50以内均可接受,过高的色度则会被认为是不良品。
  • 6、黏度
    黏度主要影响电池中锂离子的传输,理想的电解液黏度越低越好,其主要受配方的影响。锂盐、碳酸乙烯酯含量高的电解液黏度一般都比较高,而线性碳酸酯类溶剂含量高的一般黏度较低。
  • 7、离子杂质
    一些要求比较高的电池厂客户,通常也会将离子杂质纳入电解液的技术指标范围内,特别是一些铜、铁等金属离子,因为这些离子杂质会在电池内部发生反应,可能会导致电池发生安全问题,因此会对其含量有一定的限制要求。

理想的电解液除满足以上的技术指标以外,应当具备以下特点:高介电常数、宽电化学窗口,电化学、热稳定性好,低成本、无毒、安全性高等,但往往“鱼与熊掌不可兼得”。比如高电导率、高介电常数的电解液通常会黏度比较高,反之亦然。

近年来,随着行业对锂电池能量密度越来越高的追求,以及全固态电池出现,对电解液行业造成了一定的影响。但是,就目前固态电池技术的来看,完全取代液态锂电池还有很长的路要走,未来几年内,锂电池仍将是以液态锂电池为主,也就是说电解液的市场仍然不会有太大的变化。

在线留言在线留言

如果您有任何疑问或需求, 您可将其填写在下面的表单中, 我们会根据您留下的联系方式及时与您联系,或直接拨打热线电话13813597688咨询设备。