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电解质在各种电化学储能装置中发挥着不可替代的作用，特别是在高能量密度锂电池中。如果你想购买电池电解液，你首先需要知道电解液需要满足哪些要求，以实现电池的良好性能。

 

蓄电池电解液的基本要求

锂离子电池中使用的电解质应满足以下基本要求，这是衡量电解质性能必须考虑的因素，也是实现锂离子电池高性能、低内阻、低价格、长寿命和安全的重要前提。

① 在较宽的温度范围内具有较高的离子传导率，因此大量锂离子迁移，以减少电池充电和放电过程中的浓度极化。

② 良好的热稳定性，确保电池在适当的温度范围内工作。

③ 宽的电化学窗口，优选0-5V电化学稳定性窗口，以确保电极处的电解质不会发生明显的副反应，以满足电化学过程中电极反应的唯一性。

 

 

④ 当使用电池电解液代替隔膜时，它还应具有良好的机械财产和可加工性能。

⑤ 价格成本低

⑥ 高安全性、高闪点或无燃烧。

⑦ 无有毒污染，对环境无危害。

 

锂离子电池电解液的分类

锂电池电解质根据电解质的存在状态可分为液体电解质、固体电解质和固液复合电解质。

液体电解质包括有机液体电解质和室温离子液体电解质。固体电解质包括固体聚合物电解质和无机固体电解质，固液复合电解质是由固体聚合物和液体电解质组成的凝胶电解质。

表中比较了不同蓄电池电解液系统的基本财产。由此可见，不同种类的锂离子电池电解质有各自的优点，但也有各自的缺点。

 

电池电解质的特性/类型	有机液体电解质	固体聚合物电解质	凝胶聚合物电解质	室温离子液体电解质	无机固体电解质
状态	液体	固体	准固体	液体	固体
基体特性	流动性	韧性	韧性	流动性	脆性
Li+的位置	不固定	相对固定	相对固定	不固定	固定
Li+浓度	较低	较高	较低	较低	高
电导率	高	低	高	高	低
安全	易燃	高	高	高	高
价格	较高	较高	较高	较高	低

 

有机液体电解质

通过将锂电解质溶解在极性非质子有机溶剂中获得的电解质，这种电池电解质具有良好的电化学稳定性、低冰点和高沸点，并且可以在宽的温度范围内使用。

然而，有机溶剂具有低介电常数、高粘度、溶解无机盐电解质的能力差、低电导率，并且对痕量水特别敏感。

有机液体锂电池容易泄漏，产品必须使用实心金属外壳，型号尺寸固定且缺乏灵活性。有机溶剂的易燃性导致其安全性差，电池保护措施必须非常完善。

 

室温离子液体电解质

由特定阳离子和阴离子组成的功能材料或介质在室温或接近室温时为液体，具有突出的优点，如高电导率、低蒸汽压、宽液体范围、良好的化学和电化学稳定性、无污染和易于回收。

室温熔盐可作为锂离子电池电解液，提高电池在高功率密度下的安全性，彻底消除电池的安全隐患。

从而使得锂电池在诸如电动车辆或其他特殊条件的大型电力系统中的应用成为可能。

 

固体聚合物电解质

固体聚合物电池电解质具有不可燃性、电极材料之间的低反应性和更好的韧性，可以克服液体锂离子电池的上述缺点：

允许电极材料放电过程中体积变化，比液体电解质更耐冲击、振动和变形，易于加工成型。它可以根据电池的不同需求做出不同的形状。

 

凝胶电解质

将液体增塑剂如PC EC引入聚合物基质中以获得固液复合凝胶电解质。由锂聚合物化合物和极性有机溶剂组成的三元电池电解质具有固体电解质和液体电解质的特性。

 

 

无机固体电解质

无机固体电解质是一种具有高离子电导率的固体材料。全固态锂离子电池可分为玻璃电解质和陶瓷电解质。固体电解质不仅充当电池电解质，还可以替代电池中的隔膜。

因此，使用制备的无机固体电解质固态锂电池不必担心泄漏问题，电池可以小型化和小型化。

虽然在这种材料中，锂离子的迁移量很大，但电解质本身的电导率比液体电解质小得多。

这种材料对锂离子电池的电材料具有最高的界面阻抗。此外，无机固体电解质极为脆弱，使得锂离子电池的抗震性能较差

 

电池电解液对电池性能的影响

电池电解液对锂离子电池宏观电化学性能的影响包括以下几个方面：

 

对电池容量的影响

虽然锂离子电池的电极材料比容量是前提，但电池电解液也在很大程度上影响着电极材料的电解液不可逆容量。

这是因为电极材料的嵌入和循环总是与电解质相互作用，这种相互作用对电极材料的界面状态和内部结构有重要影响

在锂离子电池的工作过程中，除了嵌入和移除锂离子时在阴极和阳极处发生的氧化还原反应之外。

还有大量的副反应，如阴极和阳极上电解质的氧化和还原分解，电极上活性物质的表面钝化，以及电极和电解质之间的高界面阻抗。

所有这些因素在不同程度上影响电极材料的容量。因此，一些电池电解质系统可以使电极材料表现出优异的包埋和脱锂能力，而一些电解质系统对电极材料有很大的损伤。

 

对电池内阻和速率充放电性能的影响

内阻是指通过电池的电流的电阻，包括欧姆内阻和电化学过程中电极的极化电阻。

对于锂离子电池，内阻还应包括电极和电解质之间的界面电阻。

因此，欧姆内阻、电极/电解质界面电阻和极化内阻之和就是锂离子电池的总内阻，是衡量化学电源性能的重要指标，直接影响电池工作电压、工作电流、输出能量和功率。

 

 

电池的欧姆电阻主要是由于电池电解质的导电性，但也包括电极材料和隔膜的电阻。

电解质部分的传导机制是离子传导，传导过程的电阻通常远大于电子部分的电阻。在锂离子电池中，电极与电解质之间的界面电阻起着重要作用。

锂离子穿过界面的电阻越大，电池的内阻越高。通常，界面电阻显著高于欧姆电阻。

锂离子电池、锂离子层和分层嵌入电极和电解质相界面中。这种反应发生的容易程度，即电化学极化的程度，不仅取决于电极材料的性质。

它还与电解质和电极材料的界面状态、锂离子在电解质中的存在状态以及锂离子与电池电解质之间的相互作用有关。从这个意义上讲，电解质系统的性质也在一定程度上影响电池的极化电阻

速率充放电性能是衡量锂离子电池在快速充放电条件下容量保持能力的重要指标。

电池的速率充放电性能取决于锂离子在电极材料中的迁移率、电池电解液的电导率和锂离子在电解液/电极相界面上的迁移率，后者与电解液成分和财产密切相关。

 

对电池工作温度范围的影响

由于电极与电池电解质界面处电极反应的高温依赖性，在所有环境因素中，温度对电池性能的影响最为明显。

在低温条件下，电极反应速率降低，甚至停止，电池的性能显著降低，甚至无法正常使用。

当温度升高时，电极反应加剧，但电极/电解质界面的副反应也加剧，这往往会对电池造成很大的损害，并影响电池的性能。

 

 

因此，电池的最佳工作温度应该是最有利于电极反应而没有明显副反应的温度。

液态锂离子电池的工作温度范围通常为-10-45℃。最低工作温度一般不低于-20℃，最高工作温度一般不会超过60℃。

对于具有液体电解质的锂离子电池，扩大工作温度范围的主要途径是扩大电解质的液路，提高电解质在低温和高温下的导电性和稳定性。

对于固体电解质，为了扩大操作温度范围，有必要改善电解质在室温甚至低温下的电导率，并降低电解质和电极材料之间的界面阻抗。

 

对电池储存和循环寿命的影响

锂离子电池在长期储存过程中的老化是影响电池储存性能的关键。即使从未使用商用锂离子电池，其存储寿命也只有3年左右。

电池老化的原因是多种多样的，包括电极组流体腐蚀和电极活性材料的流体损失。

而电化学活性的丧失是主要原因，而电池电解液的性质和流体腐蚀与电极材料的稳定性密切相关。因此，电解液在很大程度上影响甚至决定电池的存储寿命

循环寿命是评估二次电池质量的重要指标，通常通过电池容量降低到一定值时的循环时间来衡量。

影响锂离子电池循环寿命的因素很多，包括电极材料的稳定性、电解质稳定性、充放电速率、充放电深度和温度等。

对于锂离子电池，除了正确使用和维护外，电池循环寿命短的主要原因如下：

① 在充电和放电过程中，电极活性物质的活性表面继续减少，电池的实际电流密度增加，电池的内阻逐渐增加。

② 电极集流体的活性物质脱落或转移并失去其应有的电化学活性。

③ 在电池运行期间，某些材料可能会在电解液中老化或腐蚀。

④ 隔膜损坏或部分关闭。

⑤ 由于电极界面处溶液的气态或还原反应，电池电解液中的杂质。

由于上述因素的影响，目前锂离子电池的正常使用寿命约为2-3年，而上述因素大多与电池电解质的特性有关。

 

 

对电池安全的影响

锂离子电池通过晶格内储锂的机制，取代了传统锂二次电池中锂金属的溶解和沉积。

这消除了阳极表面枝晶锂的生长，减少了电池短路的机会，但并不能从根本上消除电池的安全隐患。

例如，在过度充电的情况下，液态锂离子电池的阳极表面也会发生锂金属沉积，而在高电位的情况下阴极电极表面会发生电解质氧化分解，电池中会发生一系列不安全的副反应。

此外，电池在大电流充电和放电情况下产生的大量热量无法及时消散，导致电池温度快速升高，这也会给电池带来显著的安全问题。

尽管电极材料的稳定性、电池电解液的组成以及电池本身的制造工艺和使用条件是影响锂离子电池安全的主要因素。

但液态锂离子电池安全问题的根源仍然是有机液体电解质的挥发性和高可燃性。因此，对液态锂离子电池安全性的研究主要集中在电极材料与电解质之间的反应及其热效应。

这些研究加深了人们对锂离子电池中一系列放热反应和燃烧机理的理解。

然而，为了从根本上消除电池的安全隐患，有必要消除有机溶剂的可燃性，并开发更安全或不燃烧的电解质系统，特别是对于大型和高功率密度锂离子电池。

 

对电池自放电性能的影响

锂离子电池的自充电速率取决于电极材料的类型和结构、电极/电解质的界面财产、电解质的组成和电池的生产工艺。

锂离子电池自放电的主要原因如下：

① 阳极自放电。

阳极的自放电主要由锂以Li+的形式从阳极释放或释放到电池电解液中引起，其速率取决于阳极的表面条件和表面催化活性。

阳极的表面状况明显受到电池电解液的影响，因此可以通过优化电解液的组成来降低电池的自放电率

② 阴极自放电。

指电池电解液中的锂离子嵌入阴极材料的晶格中，从而引起阴极自身放电。该速率取决于嵌入阴极的Li+的动力学因素，主要是阴极/电解质的界面财产。

此外，电池电解液中杂质的出现也是电池自放电的重要原因，因为杂质的氧化电位一般低于锂离子电池的阴极电位，容易在阴极电极表面氧化。

氧化物在阳极中会被还原，从而不断消耗阴极和阳极材料的活性物质，造成自放电。因此，锂离子电池对电解质成分和纯度有很高的要求。

 

对电池过充电和过放电行为的影响

由于锂离子电池的电解液不能在电池正常工作期间提供防止过充电或过放电的保护，因此电池防止过充电和过放电的能力非常差。

然而，在一些实际应用条件下，当多个锂离子电池串联使用以获得更高的电压时，往往会出现明显的容量失配现象。

而且在充电时总会有一些电池过充电，而在放电时会有一些电池过度放电。一方面，它会对电池性能造成不可逆的损害，并影响电池组的寿命。同时，也给电池带来了明显的安全隐患。

电池电解液的改性是防止电池过充放电的重要途径。为了建立有机液体电解质的内部过充放电保护机制，需要进行更多的研究。

例如，在过充电条件下在阴极处氧化的电解质中添加氧化还原穿梭对，减少了阳极表面的氧化剂，从而避免了电池电压的持续增加。