鋰電池快充是未來共同的需求,快充有幾個共性的特點:壽命長、快速充放、低溫性能好。
電解液是能夠在某個程度的范圍內提升電池性能的比較快捷和比較降低成本的手段。
電解液首先需要解決的是負極析鋰的問題,高倍率充放電導致極化增大,鋰在負極表面析出,存在安全隱患。第二個是熱效應,高倍率充/放電導致電池內部產生熱量,存在安全隱患;溫度不均勻分布導致電池一致性差,容量損失。第三個是電極材料的粉化失效問題,高倍率充/放電導致鋰在正負極體系快速變化,濃度梯度加劇,引起應力差異,導致活性物質脫落。
一般是通過溶劑、鋰鹽和添加劑的調控,對高功率電解液進行全面的改善。設計的時候考慮電導率、低阻抗、高溫穩定性。電導率方面,設計開發具備低黏度、高電導能力的Li+傳質環境, 降低快充過程中的熱效應。低阻抗,低阻抗添加劑的開發使用,改善高倍率充放電界面問題。高溫性能穩定性,配合高性能成膜添加劑的使用,構建高機械/熱穩定性好的界面膜,提升結構穩定性,兼顧功率和高溫性能。
電解液體系在高電壓循環過程中發生分解,分解產物會持續沉積在電極表面增大電極界面阻抗。己烷三腈結構中的氰基與正極表面金屬離子形成強的相互作用,形成穩定、均一的正極界面膜,有效阻止電解液與正極材料的直接接觸,從而避免電解液的氧化分解,同時阻止氫氟酸對正極材料的腐蝕及正極材料中金屬離子的溶解。
己烷三腈對正極溶出的金屬離子的絡合能力強,在正極能夠形成更加穩定的界面膜,從而降低金屬離子對電解液的催化作用。己烷三腈具有三個氰基官能團,具有優異的除水除酸和高壓性能,有效去除電解液中的微量水和 HF,防止酸性物質對電極材料的腐蝕。有效減少正極溶出的金屬離子在負極的發生副反應的概率,從而提升電池的高溫性能;能夠進一步提高電池的高低溫性能以及改善低溫環境下電池析鋰的問題,穩定正負極界面膜,提升高電壓條件下高溫循環和快充性能,滿足消費類產品快充和高能量密度的需求。
電池在高電壓循環過程中電解液發生了持續分解,分解產物不斷沉積在電極表面,CEI膜及SEI膜增厚,造成電池阻抗增大,己烷三腈提高電解液耐氧化能力、一定程度上抑制了電解液的分解。此外己烷三腈添加劑能優化界面,使其形成的界面膜具有低阻抗和高穩定性的特點,從而也減少高溫循環過程中對界面和材料結構的破壞。
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