锂离子电池被广泛应用于电动汽车、智能手机等方方面面,在追求更高性能的同时厂商也非常重视电池安全。近日,日本科学家提出了全新电解液成分,能够在更高电压下提高电池的安全性。这项研究是由东京大学(UT)的科学团队展开的,他们的研究重点是电池的电解质部分。该解决方案可以在充电和放电时在电池的电极之间来回携带锂离子,并且通过替换主流电池中所使用的溶剂,实现安全、高度稳定的操作和高压,性能优于大多数现有锂电池。


据了解,该团队通过融合常规电解质溶剂EC和阻燃剂的化学结构来设计其环状磷酸盐基电解质。这提供了两个分子的磷酸盐特性,包括溶剂的耐高压性和阻燃剂的不易燃性,从而最大程度地降低了锂电池起火的风险。在合成电解质时,研究人员发现最有效的配方在TFEP / 2,2,2-三氟乙基甲基碳酸酯中含有0.95 M LiN(SO2F)2。这种特定的成分能够合成具有非燃性和自熄灭时间为零的电解液,并能使石墨负极和高压LiNi0.5Mn1.5O4正极稳定运行。山田教授说:“出乎意料的是,新的电解质溶剂可以将电池电压从当前的3.8 V增加到4.6 V,还可以延长电池寿命。”
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锂离子电池中,电解液是锂离子迁移和电荷传递的介质,其指标直接决定了锂离子电池的能量密度、充放电倍率、循环寿命、安全性等性能,是锂离子电池体系的重要组成部分。电解液由溶剂、溶质锂盐、添加剂在一定的条件下按照一定的比例配置而成。其中,溶质锂盐决定了电解液的基本理化性能,是电解液成分中对锂离子电池特性影响最重要的成分。根据性能要求不同,锂盐可以采用单一种类锂盐、混合锂盐或把另一种锂盐作为添加剂。


锂离子电池工作原理是将电能转化为化学能储备在电极中,在需要的时候可以重新以电能释放。核心材料主要有正极、负极、电解液和隔膜,其中电解液对综合性能的影响最大。电解液作为锂离子的载体,在充放电的过程中,完成锂离子的传输,因此需要具备极大的离子导电率及极小的电子导电率。


电解液的制备涉及到有机溶剂的处理,溶质要求低湿度环境,水分的摄入会到时电解质的分解,进而产生强酸腐蚀性物质HF,对人员和环境造成威胁。因此安全与环保是电解液生产的核心门槛,同时配方也直接影响到电池的性能,是各大产商主攻的方向。


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