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电解液添加剂：电池性能提升的“催化剂” 原创 石大胜华 石大胜华 2024年09月04日 17:16 在现代科技的快速发展中，电池技术扮演着至关重要的角色，尤其是在可再生能源存储、电动汽车和便携式电子设备等领域。电池的性能，包括其能量密度、循环寿命、安全性和成本效率，是决定其广泛应用的关键因素。电解液作为电池的关键组成部分，其性能直接影响到电池的整体表现。电解液添加剂用量少，效果显著，是一种经济实用的改善锂离子电池相关性能的方法。 1 电解液添加剂的基本概念 电解液添加剂是一类化学物质，它们被添加到电解液中以改善电池的性能。这些添加剂可以是有机或无机化合物，它们通过与电解液中的其他成分相互作用，来优化电池的电化学性能。 通过在锂离子电池的电解液中添加较少剂量的添加剂，就能够针对性地提高电池的某些性能，例如可逆容量、电极/电解液相容性、循环性能、倍率性能和安全性能等，在锂离子电池中起着非常关键的作用。 2 理想锂离子电池电解液添加剂的特点 在有机溶剂中溶解度较高； 少量添加就能使一种或几种性能得到较大改善； 不与电池其他组成成分发生有害副反应，影响电池性能； 成本低廉，无毒或低毒性。 3 电解液添加剂的分类 根据添加剂的功能不同，可分为导电添加剂、过充保护添加剂、阻燃添加剂、成膜添加剂、正极材料保护剂、LiPF6稳定剂及其他功能添加剂。 导电添加剂 导电添加剂通过与电解质离子进行配位反应，促进锂盐溶解，提高电解液电导率，从而改善锂离子电池倍率性能。由于导电添加剂是通过配位反应作用，又叫配体添加剂，根据作用离子不同分为阴离子配体、阳离子配体及中性配体。 过充保护添加剂 过充保护添加剂是提供过充保护或增强过充忍耐力的添加剂。过充保护添加剂按照功能分为氧化还原电对添加剂和聚合单体添加剂两种。目前氧化还原电对添加剂主要是苯甲醚系列，其氧化还原电位较高，且溶解度很好。聚合单体添加剂在高电压下会发生聚合反应，释放气体，同时聚合物会覆盖于正极材料表面中断充电。聚合单体添加剂主要包括二甲苯、苯基环己烷等芳香族化合物。 阻燃添加剂 阻燃添加剂提高电解液的着火点或终止燃烧的自由基链式反应阻止燃烧。添加阻燃剂是降低电解液易燃性，拓宽锂电池使用温度范围，提高其性能的重要途径之一。阻燃添加剂的作用机理主要有两种：一是通过在气相和凝聚相之间产生隔绝层，阻止凝聚相和气相的燃烧；二是捕捉燃烧反应过程中的自由基，终止燃烧的自由基链式反应，阻止气相间的燃烧反应。 成膜添加剂 成膜添加剂促进在电极材料表面形成稳定有效SEI膜。SEI膜的性能极大的影响了锂离子电池的首次不可逆容量损失、倍率性能、循环寿命等电化学性质。理想SEI膜对电子绝缘的同时允许锂离子自由进出电极，能阻止电极材料与电解液进一步反应且结构稳定，不溶于有机溶剂。 成膜添加剂根据作用机理不同分为电化学还原型、化学反应型和SEI膜修饰型。电化学还原型添加剂的还原电势比电解液中的有机溶剂高，可在电极表面优先发生电化学还原形成性能优良的SEI膜。这类添加剂包括碳酸亚乙烯酯（VC）、丙烯酸腈、SO2、CS2和多硫化物（Sx2-）等。化学反应型添加剂能与充放电过程中有机溶剂还原产物的中间体进行自由基反应，或与最终产物发生化学反应，结合生成稳定性更好的SEI膜。 正极材料保护添加剂 正极材料保护剂主要有腈类化合物、含氟化合物、有机磷类化合物等。其中腈类化合物以其宽广的电化学窗口和卓越的氧化稳定性，成为正极保护的理想选择。这些特性赋予了它们在高电压下的低可燃性，为电池的安全性提供了额外的保障。 其主要作用机制如下： 腈基的强配位能力使其能与正极表面金属离子形成稳定的化学键。 在正极表面形成均匀、致密的保护膜，有效隔绝电解液与正极材料的直接接触。 阻止电解液的氧化分解，避免HF等腐蚀性物质对正极材料的侵蚀，同时抑制金属离子的溶解。 LiPF6稳定剂 LiPF6稳定剂的主要作用是维护LiPF6的稳定性，防止在高温或高压条件下电解液的分解，从而保护电池免受损害。 4 电解液添加剂对电池性能的影响 提高能量密度 通过优化电解液的组成，添加剂可以提高电池的能量密度。例如，某些添加剂能够促进锂离子在电极材料中的扩散，从而提高电池的充放电速率和容量。 延长循环寿命 电池在循环使用过程中，电极材料会逐渐退化，导致电池性能下降。电解液添加剂可以通过减少电极材料的副反应，如电解液的分解和电极材料的腐蚀，来延长电池的循环寿命。 提高安全性 电池的安全性是其商业化应用的重要考量因素。电解液添加剂可以通过提高电池的热稳定性和抑制电解液的热分解，来降低电池发生热失控的风险。 降低成本 随着对可持续能源和环保的日益关注，降低电池成本成为了研究的热点。电解液添加剂可以通过提高电池材料的利用率和延长电池的使用寿命，来降低电池的整体成本。 5 电解液添加剂的未来趋势 随着电池技术的不断进步，对电解液添加剂的需求也在不断增长。 未来电解液主要发展方向是开发匹配高电压正极的电解液，兼顾高容量硅碳负极，避免硅碳负极在循环过程中体积膨胀带来的固体电解质膜（SEI膜）反复破裂、再生导致的电解液过量消耗等问题。 电解液添加剂作为提升电池性能的重要手段，已经在电池技术的发展中发挥了关键作用。通过不断优化添加剂的化学结构和功能，未来的电池将具有更高的能量密度、更长的循环寿命、更高的安全性和更低的成本。随着研究的深入，电解液添加剂将继续作为电池技术进步的"催化剂"，推动能源存储和转换技术的革新。 石大胜华是锂电池电解液添加剂的重要生产商，拥有 5 种电解液溶剂和多种添加剂等产品，形成溶剂、锂盐、添加剂的配套，同时致力于锂离子电池电解液的研究和开发，覆盖了全国主要的锂电池生产基地，与国内主要的锂电池龙头企业建立了长期稳定的战略合作关系，为客户提供一站式服务。 石大胜华坚持在新能源、新材料领域深耕，致力于向全球持续提供新能源、新材料优质产品和最佳解决方案，为推动新能源行业的发展贡献智慧和力量，为人类提供更加绿色、环保的生活环境。
