鋰離子電池電解液材料及生產(chǎn)工藝詳解

液體電解液生產(chǎn)工藝---流程圖

電解液生產(chǎn)工藝---精餾和脫水

對于使用的有機原料分別采取精餾或脫水處理以達到鋰電池電解液使用標準。
在精餾或脫水階段，需要對有機溶劑檢測的項目有：純度、水分、總醇含量。

液體電解液生產(chǎn)工藝---產(chǎn)品罐

在對有機溶劑完成精餾或脫水后，檢測合格后經(jīng)過管道進入產(chǎn)品罐、等待使用。
根據(jù)電解液物料配比，在產(chǎn)品罐處通過電子計量準確稱取有機溶劑。

如果產(chǎn)品罐中的有機溶劑短時間未使用，需要再次對其進行純度、水分、總醇含量的檢測，繼而根據(jù)生產(chǎn)的需要準確進入反應(yīng)釜。

體電解液生產(chǎn)工藝---反應(yīng)釜

依據(jù)物料配比和加入先后順序，有機溶劑依次加入反應(yīng) 釜充分攪拌、混勻，然后通過鋰鹽專用加料口或手套箱加入所需的鋰鹽和電解液添加劑。
在加入物料開始到結(jié)束,應(yīng)控制反應(yīng)釜的攪拌速度、釜內(nèi)溫度等。不同的物料配比攪拌混勻的時間不同，但都必須使電解液混合均勻，此時對電解液檢測的項目有：水分、電導(dǎo)率、色度、酸度

液體電解液生產(chǎn)工藝---灌裝

經(jīng)檢測合格的液體電解液被灌入合格的包裝桶，充入氬氣保護，最終進入倉庫等待出廠。
由于電解液自身的物理、化學(xué)性質(zhì)等因素，入庫的電解液應(yīng)在短時間內(nèi)使用，防止環(huán)境等因素導(dǎo)致電解液的變質(zhì)

液體電解液---使用注意事項

電解液桶有氬氣保護，有一定壓力，在使用中切勿拆卸氣相閥頭和液相閥頭，也不允許隨意按下快開接頭的凸頭，以免造成泄漏或其它危險。接管時一定要戴防護眼罩，使用時一定要使用專用快開接頭
檢測合格的電解液建議一次性用完，開封的電解液很容易因為沒有氣氛保護等原因而變質(zhì)，請客戶在使用過程中注意及時充入氬氣保護，防止變色電解液不建議使用玻璃器皿盛放，玻璃的主要成分是氧化硅，氧化硅和氫氟酸反應(yīng)生成腐蝕性、易揮發(fā)的氣體四氟化硅，此氣體有毒會對人造成傷害
– 現(xiàn)場可以使用的電解液容器和管道材料包括：不銹鋼、塑料PP/PE、四氟乙烯等
– 本產(chǎn)品對人體有害，有輕微刺激和麻醉作用。使用過程中避免身體直接接觸

液體電解液的組成

有機溶劑
鋰鹽
添加劑

有機溶劑---有機溶劑的選擇標準

有機溶劑對電極應(yīng)該是惰性的，在電池的充放電過程中不與正負極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)
較高的介電常數(shù)和較小的黏度以使鋰鹽有足夠高的溶解度，從而保證高的電導(dǎo)率
熔點低、沸點高，從而使工作溫度范圍較寬
與電極材料有較好的相容性，即電極能夠在電解液中表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)性能
電池循環(huán)效率、成本、環(huán)境因素等方面的考慮

液體電解液的組成---有機溶劑

碳酸酯
醚
含硫有機溶劑
其它

有機溶劑---碳酸酯

碳酸酯類溶劑具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性且熔點較低，在鋰離子電池中得到廣泛的使用。碳酸酯類的溶劑就其結(jié) 構(gòu)而言，主要分為兩類：

環(huán)狀碳酸酯 PC和EC

鏈狀碳酸酯 DMC、EMC、DEC

有機溶劑---醚

醚類有機溶劑黏度較小，但是醚類性質(zhì)活潑，抗氧化性不好，故不常用作鋰離子電池電解液的主要成分，一般做為碳酸酯的共溶劑或添加劑來提高電解液的電導(dǎo)率。醚類溶劑就其結(jié)構(gòu)而言，也可以分為兩類：

環(huán)狀醚 THF
鏈狀醚 DME

有機溶劑---含硫有機溶劑

鋰離子電池所使用的含硫有機溶劑主要有兩類，分別是：
砜類 DMSO和EMS
亞硫酸酯 ES 和PS

有機溶劑---其它

羧酸酯類„
氟代、氯代的碳酸酯

有機溶劑---常見的有機溶劑

有機溶劑	沸點／℃	熔點／℃	黏度	相對介電常數(shù)
EC	248	39	1.86	89.6
PC	241.7	-42.9	2.530	64.4
DMC	90	3	0.59	3.1
EMC	108	-55	0.65	2.9
DEC	127	-43	0.75	2.8
MPC	130	-43	0.78	2.8
DMSO	189	18.4	1.991	42.5
GBL	206	-42	1.751	39.1

鋰鹽---選擇鋰鹽的標準

在有機溶劑中有足夠高的溶解度，以保證電解液具有較高的電導(dǎo)率陰離子具有較高的氧化和還原穩(wěn)定性，在電解液中穩(wěn)定
性好，還原產(chǎn)物有利于電極鈍化膜的形成
具有較好的環(huán)境親和性，分解產(chǎn)物對環(huán)境污染小
易于制備和純化，生產(chǎn)成本低

液體電解液的組成---鋰鹽

無機鋰鹽
有機鋰鹽
新型的硼酸鋰鹽

無機鋰鹽---LiClO4

構(gòu)成的電解液電導(dǎo)率較高，熱穩(wěn)定性強，但是結(jié)構(gòu)中的氯處在高價態(tài)，使陰離子具有較強的氧化性，在高溫等條件下容易與有機溶劑發(fā)生強烈反應(yīng)，帶來安全隱患。

無機鋰鹽---LiAsF

是一種性能優(yōu)良的鋰鹽，與醚類有機溶劑構(gòu)成的電解液具有非常高的電導(dǎo)率，但是它的還原產(chǎn)物含有劇毒As，具有致癌作用，環(huán)境污染嚴重且價格偏高。

無機鋰鹽---LiBF4

由于BF4半徑較小，容易締合，形成電解液的電導(dǎo)率較小因而很少使用。
在高溫、低溫情況下，LiBF4的電化學(xué)性能會比LiPF6、LiAsF6優(yōu)異。

無機鋰鹽---LiPF6

由于PF6的締合能力較差，形成LiPF6電解液的電導(dǎo)率較大，高于其它所有無機鋰鹽。此外它的電化學(xué)穩(wěn)定性強，陰極的分解電壓達5.1V，遠高于鋰離子電池要求的4.2V，且不腐蝕鋁集流體。
LiPF6的熱穩(wěn)定性不如其它鋰鹽，即使在高純狀態(tài)下也能發(fā)生分解。例如在80 ℃可能發(fā)生分解

LiPF6→LiF+PF5

生成的氣態(tài)PF5具有較強的路易斯酸性，會與溶劑分子中氧原子上的孤電子對作用使溶劑發(fā)生分解反應(yīng)ROCOOR+PF5→RF+R1OR2+烯烴+CO2

有機鋰鹽

常見的有機鋰鹽LiCF3SOLiN(CF3SO2)2LiC(SO2CF3)3
一般具有較大的半徑，電荷分布比較分散，電子離域化作用強，這樣可以減小鋰鹽的晶格能，消弱正負離子之間的相互作用，增大溶解度，同時也有助于熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能的提高。
– 但是它們都會在一定的電壓條件下腐蝕鋁集流體，因此限制了它們的使用。

新型的硼酸鋰鹽LiBOB

LiBOB中硼原子同具有強烈吸電子能力的草酸根中的氧原子相連，電荷分布比較分散，使得它的電化學(xué)穩(wěn)定性較好。
與LiPF6相比，LiBOB在第一次充放電過程中不可逆容量較低，50℃高溫下的循環(huán)性能比較優(yōu)越，形成的鈍化膜更加有利于抑制石墨的剝離。„
LiBOB在有機溶劑中的溶解度不高且純化較難

添加劑一般具有以下特點

較少用量即能改善電池的一種或幾種性能
對電池性能無副作用
與有機溶劑有較好的相溶性
價格相對較低
無毒性或毒性較小
不與電池中其它材料發(fā)生副反應(yīng)

常見添加劑的類型