電解液材料仍在鋰電池發展中扮演非常關鍵角色

　　鋰離子電池產業的發展，離不開鋰離子電池電解液材料的研究。為了適應鋰離子電池產業發展的需要，不斷滿足鋰離子電池的各種功能要求，鋰離子電池電解液的研究顯得尤為重要。

　　在鋰離子電池產業的形成中，實用化有機液體電解液是功不可沒的。另外,針對不同的正負極材料調整配套的電解液組成，可以優化電池的綜合性能，降低鋰離子電池的成本，從而使鋰離子電池替代一次性堿性電池市場成為可能。

　　電解液的每一次進步都有力地推動了鋰離子電池的應用和迅速發展，而且在可預見的未來動力電池產業發展中，電解液材料仍將在鋰電池的發展中扮演非常關鍵的角色。

　　電解液與電池性能關系密切

　　鋰離子電池的性能與電解液之間存在密不可分的關系：

　　1.鋰離子動力電池

　　該電池主要應用于航模、電動汽車、電動單車、電動摩托、電動五金|工具等領域。電解液根據電池所用正負極材料、高低溫和安全性要求等來進行設計，確保電池在安全、熱穩定、化學和電化學性能穩定、與正負極兼容方面同時滿足要求。通常使用多元溶劑，配合適當的鋰鹽和添加劑，組成各項性能兼顧的鋰離子電池電解液，從而使鋰離子電池滿足動力電池的要求。

　　2.耐超低溫鋰離子電池

　　該電池主要應用于軍工、航空航天及北方寒冷地區，要求在低溫甚至是超低溫的條件下，仍能正常或部分正常工作，發揮常規容量的50%以上。電解液主要在溶劑熔點和溶質搭配方面進行綜合考慮，通常選用熔點較低的溶劑體系，以滿足電池的低溫要求。

　　3.高容量長壽命鋰離子電池

　　18650型電池容量已由最初的1350mAh發展到了現在的2200mAh，下一步的目標是提升到2600mAh～3600mAh甚至更高。因此需要在正負極材料和合成工藝等方面進行改進，比如使用高鎳正極復合材料，硅合金、錫合金等高容量負極材料。工藝方面可以通過提高電極活性物質壓實密度或采用新的涂布工藝等，要求電池達到高容量的同時，具備良好的循環壽命。

　　4.高安全性鋰離子電池

　　通過改善電解液的溶劑體系和防過充添加劑、阻燃添加劑的使用，使電池在過充電、短路、高溫、跌落、針刺和熱沖擊等情況下的安全性能得以大大提高。

　　5.適用于各種正負極材料的鋰離子電池

　　由于常規正極材料所使用的鈷資源的匱乏，以及成本、安全性、環保性方面的局限，各種新型正負極材料不斷被開發出來并投入應用，與此相適應的各種功能鋰離子電池電解液被大量開發出來。

　　由此可見，鋰離子電池電解液的設計和研究都是緊緊圍繞鋰離子電池產業的性能需要來進行的，因此是密不可分的重要組成部分。

　　電解液材料未來發展趨勢

　　鋰離子電池憑借其自身的綜合優勢正在走進一個更為龐大的產業群———汽車動力電池領域。

　　據統計，該市場規模將達到1000億美元。為了適應這個龐大的產業群，鋰離子電池電解液材料未來的發展趨勢將主要集中在新型溶劑、離子液體、添加劑、新型鋰鹽等方面，與新型正、負極材料相匹配，從而使鋰離子電池更安全，具有更高的功率、更大的容量，最終安全方便地應用于電動車、儲能、航天以及更廣泛的領域。

　　為了滿足鋰離子電池產業未來發展的需要，必須開發出高安全性、高環境適應性的動力電池電解液材料。主要應從電解液的溶劑、溶質和添加劑的選擇上進行考量：

　　(1)盡量選擇工作溫度范圍寬的溶劑，溶劑的熔點最好能在-40℃以下，沸點最好在150℃以上或更高，電化學窗口寬的溶劑能更好地防止在荷電狀態下的電解液的氧化還原反應，同時可以提高電池的循環穩定性。比如可以考慮使用離子液體、新型溶劑、多組分溶劑等，從而解決動力電池的安全性和環境適應性。

　　(2)選擇合適的溶質，提高電池的環境適應性。目前通常所用的LiPF6（鋰六氟磷酸鹽）分解溫度低，從60℃開始就有少量分解，在較高溫度或惡劣的環境下，分解的比例大大增加，產生HF（氫氟酸）等游離酸，從而使電解液酸化，最終導致電極材料的損壞以及電池性能的急劇惡化。

　　(3)可以考慮添加適量的阻燃添加劑、氧化還原穿梭添加劑、保護正負極成膜添加劑等。采用阻燃添加劑可以確保電池內部熱失控時，電解液不會燃燒起火，使電池安全性得以保證。采用氧化還原穿梭添加劑的作用是，防止當電池尤其是動力電池組由于在使用過程中出現異常的狀況，單體電池會經常性過充或過放，從而導致電池性能的迅速惡化，進而影響整組電池的性能和使用，甚至帶來安全隱患的發生。采用正負極成膜添加劑的作用是可以有效地保護正負極材料在充電狀態下與電解液的接觸反應，通過成膜的形式，將高度活性的正負極與電解液隔離開來，從而防止電解液在電極表面的反應。

　　綜上所述，鋰離子電池電解液的發展必定促進鋰離子電池的未來發展，最終為全球環保問題的解決作出應有的貢獻。

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　　鋰電池電解液的發展歷程

　　上世紀90年代以來，鋰離子電池電解液的發展大體經過了3個階段，分別是：

　　第一階段，富含碳酸乙烯酯(EC)或碳酸丙烯酯（PC）的二元液體電解液。1996年鋰離子電池誕生初期，電解液中的EC或PC含量高，通常在50%左右，那時負極材料多用石油焦，而其對PC的嵌層不敏感。此時的鋰離子電池性能較差，容量也較低，主要應用于手機電池領域。

　　第二階段，富含碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)等低黏度組分的電解液。1997年～2004年間，為了進一步提高電解液的導電性，改善電解液與石墨類負極材料的相容性，PC基本不被使用，EC的用量被控制在15%-35%之間。為了改善電解液的成膜性質，新型溶劑如碳酸甲乙酯(EMC)等出現并與EC配合使用，添加劑也在這階段開始大量出現，并有少量進入產業化生產階段。此時鋰離子電池性能和容量大幅度提高，電池壽命大大延長，鎳氫、鉛酸電池市場被快速替代。

　　第三階段，多元化液態鋰離子電池電解液。

　　最近幾年來，鋰離子電池電解液的發展很快，優化方案也非常多，電解液的鋰鹽不止一種，溶劑組成更加復雜。另外，高溫電解液、低溫電解液、安全電解液、高功率動力電池電解液開始占據顯著地位。同時，新的溶劑也不斷出現并得到應用。因此，電池性能得以進一步提高，功能化、專業化更加明顯，從而推動了鋰離子電池產業進入飛速發展時期。此時，鋰離子電池不斷搶占傳統電池的市場份額，同時又在不斷拓展新的應用領域，從數碼產品、儲能電池到玩具、電動工具、電動單車等等。

　　未來鋰離子電池電解液的發展方向將是：更安全、更穩定、更長壽命的鋰離子電解液的開發應用(比如離子液體、更穩定安全的電解質鹽等)，以及與之相匹配、安全性能更好的正、負極材料(如磷酸亞鐵鋰等)，從而使鋰離子電池在電動車領域迅速推廣。

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