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含氟材料在锂离子电池中的应用

2017-5-25 11:30:12      点击:
  中国新能源发展已刻不容缓,电池工业作为能源领域的重要组成部分受到了各国政府的高度重视。开发新一代高性能、长寿命、无污染、价格低廉的化学电源已成为电池工业发展的必然趋势。锂离子电池由于具有优良的安全性、外形设计的灵活性、高的比能量、长的循环寿命等众多优点已成为化学能源领域研究 和开发的重点。目前,六氟磷酸锂LiPF6以其优良的电导率、稳定的电化学性能,作为电解质盐在锂离子电池中得到了大规模的应用。但迄今为止,国内还尚未产业化,由此严重阻碍了锂电池在国内的发展速度和规模,因此,加快六氟磷酸锂的制备技术及提纯技术的工程化研究,尽快实现其产业化将是国内研发机构及企业面临的重要课题。而作为一种新型锂离子电池电解质盐,双三氟甲烷磺酰亚胺锂作为锂电池有机电解质锂盐具有较高的电化学稳定性和电导率。而且在较高的电压下对铝集液体没有腐蚀作用。与传统电解质六氟磷酸锂相比有以下优势:


  1)改善固体电解质界面膜SEI膜;


  2)稳定正负极界面;


  3)不与水反应,可以抑制气体生成,不会产生电池的气胀问题;4)改善循环性能,高温性能,存储性能。


  因此双三氟甲烷磺酰亚胺锂作为二代锂电池电解液,在国内实验室研究已经比较多,但目前为止工业化生产还未曾报道。双三 氟甲烷磺酰亚胺锂因其复杂的制备技术和提纯工艺,以及对原材料和成品纯度的高度要求,对其产业化发展增加了障碍。所以,尽快加强国内的工程化研究,以及积极参与与国外公司的合作,找到适合我国国情的生产技术,追上国外锂电池发展步伐的关键。另外,近几年电解液添加剂的使用也引起了人们的极大关注,因为其添加量较少(通常体积比不超过5%),几乎不增加电池的成本,但却能增加电解液的功能,显著提高电池的性能。


  氟代碳酸乙烯酯作为一种新型电解液添加剂,在电解液中添加2%氟代碳酸乙烯酯(FEC)能显著提高MCMB/锂电池的比容量、循环性能等,且氟代碳酸乙烯酯FEC对LMin2O4材料没有消极作用。结果表明,添加剂氟代碳酸乙烯酯在较高的电位下发生了还原分解反应,有效地抑制了较低电位下电解液溶剂的分解还原。目前市场上的锂二次电池基本都是使用含有锂盐的有机电解液作为电解质,存在着漏液、稳定性差及循环寿命短、生产工艺复杂等问题。用全固态聚合物电解质代替锂二次电池中的有机电解液,不仅能够实现电池的轻量化、薄膜化、快速充电和高能量密度,还可以解决诸如漏液、燃烧、爆炸等安全问题。作为理想的锂二次电池固态电解质,除满足常温离子导电率(10~3S ??cm-1)的情况下,还必须具有良好的成膜性能和较高的机械强度。


  目前,聚合物电解质主要分为两大类:不含液态增塑剂的“干态”聚合物电解质和含液态增塑剂的“湿态”聚合物电解质。通过在聚合物锂盐体系中添加无机粉末是提高“干态”聚合物电解质性能的比较常用的手段。虽然此类电解质的研究已经取得了很大进展,但是其常温离子电导率仍比较低,从而限制了其在商业上的应用。通过加入大量的液态增塑剂而制备的“湿态”聚合物电解质,其离子电导率可以达到接近于液态电解质。例如:以偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物为基体制备的微孔型电解质。但此类电解质中由于含有大量的液体溶剂,使其机械强度大大降低,从而失去了固态电解质最本质的优点。另一类新发展起来的应用于锂二次电池固态电解质是塑晶材料电解质,其常温离子电导率可以达到实用标准。例如,在丁二腈中加入三氟甲基磺酸亚胺锂,其室温离子电导率达到3*10-3 S·cm-1以其为电解质组装的电池具有比较高的容量和循环稳定性。但是塑晶材料容易破碎且不易被制备成薄膜,在其进行电池组装时,仍需要采用商业上的微孔薄膜来分隔正负极材料。把聚合物电解质引入到塑晶电解质中,可以弥补此缺点。