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电解液基础知识——有机电解质常用添加剂

在电解液中加入添加剂,可以改善界面特性,提高电解液导电能力,有的添加剂还具有过充电保护作用。

(1)改善界面特性的添加剂

用石墨做锂离子电池负极时,在含醍、直链烷基碳酸盐、PC的电解质 溶液中,石墨电极不能可逆地插入锂离子,其主要原因可能是:石墨电极的弱钝化导致溶剂分子和锂离子的共插入,从而导致石墨脱落;或者是由于溶剂分子在电极表面发生还原反应而失活。由于溶剂分解,会在石墨电极的表面形成一层保护膜,如果在电解液中加入合适的添加剂,可以改善表面膜的特性,并能使表面膜变得薄且致密。由无机添加剂形成的表面膜更容易通过非溶剂化的锂离子,阻止溶剂的共嵌入。

常用的无机添加剂有CO2、N2OxSO2、等,其中CC>2可以在石墨的表面形成U2CO3膜。添加CC>2后对石墨电极的性能变好。

(2)改善电解液导电能力的添加剂

提高电解液导电能力的添加剂的作用主要是提高导电盐的溶解和电离能力,此类添加剂分成与阳离子作用和与阴离子作用两种类型。冠醍和穴状化合物作为添加剂能和阳离子形成配合物,提高导电盐在有机溶剂中的溶解度,因此提高电解液的电导率。硼基化合物如Tris (PentafluoroPhenyl) Borane (TPFPB) CRBB是阴离子接受体,用这类物质作为添加剂可以和 F-形成配合物,甚至可以将原来在有机溶剂中不溶解的LiF溶解在有机溶剂中,如可以在DME中溶解形成浓度达l.Omol/L的溶液,电导率6.8X 10 3S/cmo Lee等人把合成环状碳杂醍和硼基阴离子受体添加到LiCl、Lil和LiF电解质 中能使它们的电导率有很大程度的提高,并用X射线吸收谱证实电导率的提高是由于添加剂与阴离子形成化合物使锂盐的离解度增大而致。

(3)过充电保护添加剂

目前过充电保护是通过保护电路来实现的,将来有可能采用氧化还原 对进行内部过充电保护。这种方法的原理是在电解液中添加合适的氧化还 原对。在正常充电时,这个氧化还原对不参加任何的化学或电化学反应, 而当充电电压超过电池的正常充电截止电压时,添加剂开始在正极上被氧化,氧化产物扩散到负极被还原,还原产物再扩散回到正极被氧化,整个过程循环进行,直到电池的过充电结束。

这样在充电满负荷以后,氧化还原对在正极和负极之间穿梭,吸收过量电荷,形成内部防过充电机理,从而大大改善电池的安全性能和循环性能。因此,这种添加剂形象地称为氧化还原飞梭。

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