含氟材料在鋰離子電池中的應用

2017/5/25 11:30:12??????點擊:
  中國新能源發展已刻不容緩,電池工業作為能源領域的重要組成部分受到了各國政府的高度重視??⑿亂淮咝閱?、長壽命、無污染、價格低廉的化學電源已成為電池工業發展的必然趨勢。鋰離子電池由于具有優良的安全性、外形設計的靈活性、高的比能量、長的循環壽命等眾多優點已成為化學能源領域研究 和開發的重點。目前,六氟磷酸鋰LiPF6以其優良的電導率、穩定的電化學性能,作為電解質鹽在鋰離子電池中得到了大規模的應用。但迄今為止,國內還尚未產業化,由此嚴重阻礙了鋰電池在國內的發展速度和規模,因此,加快六氟磷酸鋰的制備技術及提純技術的工程化研究,盡快實現其產業化將是國內研發機構及企業面臨的重要課題。而作為一種新型鋰離子電池電解質鹽,雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰作為鋰電池有機電解質鋰鹽具有較高的電化學穩定性和電導率。而且在較高的電壓下對鋁集液體沒有腐蝕作用。與傳統電解質六氟磷酸鋰相比有以下優勢:


  1)改善固體電解質界面膜SEI膜;


  2)穩定正負極界面;


  3)不與水反應,可以抑制氣體生成,不會產生電池的氣脹問題;4)改善循環性能,高溫性能,存儲性能。


  因此雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰作為二代鋰電池電解液,在國內實驗室研究已經比較多,但目前為止工業化生產還未曾報道。雙三 氟甲烷磺酰亞胺鋰因其復雜的制備技術和提純工藝,以及對原材料和成品純度的高度要求,對其產業化發展增加了障礙。所以,盡快加強國內的工程化研究,以及積極參與與國外公司的合作,找到適合我國國情的生產技術,追上國外鋰電池發展步伐的關鍵。另外,近幾年電解液添加劑的使用也引起了人們的極大關注,因為其添加量較少(通常體積比不超過5%),幾乎不增加電池的成本,但卻能增加電解液的功能,顯著提高電池的性能。


  氟代碳酸乙烯酯作為一種新型電解液添加劑,在電解液中添加2%氟代碳酸乙烯酯(FEC)能顯著提高MCMB/鋰電池的比容量、循環性能等,且氟代碳酸乙烯酯FEC對LMin2O4材料沒有消極作用。結果表明,添加劑氟代碳酸乙烯酯在較高的電位下發生了還原分解反應,有效地抑制了較低電位下電解液溶劑的分解還原。目前市場上的鋰二次電池基本都是使用含有鋰鹽的有機電解液作為電解質,存在著漏液、穩定性差及循環壽命短、生產工藝復雜等問題。用全固態聚合物電解質代替鋰二次電池中的有機電解液,不僅能夠實現電池的輕量化、薄膜化、快速充電和高能量密度,還可以解決諸如漏液、燃燒、爆炸等安全問題。作為理想的鋰二次電池固態電解質,除滿足常溫離子導電率(10~3S ??cm-1)的情況下,還必須具有良好的成膜性能和較高的機械強度。


  目前,聚合物電解質主要分為兩大類:不含液態增塑劑的“干態”聚合物電解質和含液態增塑劑的“濕態”聚合物電解質。通過在聚合物鋰鹽體系中添加無機粉末是提高“干態”聚合物電解質性能的比較常用的手段。雖然此類電解質的研究已經取得了很大進展,但是其常溫離子電導率仍比較低,從而限制了其在商業上的應用。通過加入大量的液態增塑劑而制備的“濕態”聚合物電解質,其離子電導率可以達到接近于液態電解質。例如:以偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物為基體制備的微孔型電解質。但此類電解質中由于含有大量的液體溶劑,使其機械強度大大降低,從而失去了固態電解質最本質的優點。另一類新發展起來的應用于鋰二次電池固態電解質是塑晶材料電解質,其常溫離子電導率可以達到實用標準。例如,在丁二腈中加入三氟甲基磺酸亞胺鋰,其室溫離子電導率達到3*10-3 S·cm-1以其為電解質組裝的電池具有比較高的容量和循環穩定性。但是塑晶材料容易破碎且不易被制備成薄膜,在其進行電池組裝時,仍需要采用商業上的微孔薄膜來分隔正負極材料。把聚合物電解質引入到塑晶電解質中,可以彌補此缺點。