新型高電壓電解液用于鋰電池的研究進(jìn)展

侯永珍

【摘要】當(dāng)前的環(huán)境污染問題受到了國際社會(huì)的廣泛關(guān)注，所以鋰電池作為在環(huán)境問題中起關(guān)鍵性作用的因素，如果不對(duì)污染問題嚴(yán)重的傳統(tǒng)電解液進(jìn)行改進(jìn)，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成更大的不可逆轉(zhuǎn)的破壞，并且最終將會(huì)退出歷史舞臺(tái)。結(jié)合傳統(tǒng)電解液存在的問題，分析符合時(shí)代發(fā)展的可以用于鋰電池研究的新型高電壓電解液，并對(duì)其研究進(jìn)展進(jìn)一步進(jìn)行分析，總結(jié)其研究意義。

【關(guān)鍵詞】傳統(tǒng)電解液 新型高電壓電解液 鋰電池鋰電池的應(yīng)用十分廣泛，幾乎各行各業(yè)都有涉及，所以電解液作為鋰電池非常關(guān)鍵的材料之一當(dāng)然也會(huì)受到研究者的關(guān)注。但是，當(dāng)前的環(huán)境污染的問題越來越受到了國際社會(huì)的廣泛關(guān)注，所以鋰電池作為在環(huán)境問題中起關(guān)鍵性作用的因素，如果不對(duì)污染問題嚴(yán)重的傳統(tǒng)電解液進(jìn)行改進(jìn)，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成更大的不可逆轉(zhuǎn)的破壞，并且最終將會(huì)退出歷史舞臺(tái)。所以，這就需要找到符合要求的新型電解液，并且進(jìn)一步研究他們的優(yōu)良性能并且加以完善。接下來我們將對(duì)幾類新型的高電壓電解液對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

一、鋰電池和傳統(tǒng)電解液

1.鋰電池

由于金屬鋰的化學(xué)性質(zhì)是比較活潑的，并且密度較低，同時(shí)還具有比較高的電勢(shì)，所以將其用做電池的優(yōu)勢(shì)是表現(xiàn)的非常明顯的。此外，鋰電池又可以分為一次鋰電池和二次鋰電池，簡(jiǎn)單來說，一次鋰電池是我們生活中比較常見的電池，電池壽命只有一次；二次鋰電池顧名思義就是具有循環(huán)的過程、并且還可以多次使用的電池，這種電池的經(jīng)濟(jì)價(jià)值一般都比較高，對(duì)環(huán)境的破壞與一次鋰電池相比也比較小。

2.傳統(tǒng)電解液存在的問題

傳統(tǒng)的電解液一般都是液態(tài)的，而且還有較強(qiáng)的導(dǎo)電性，大多數(shù)都是由有機(jī)溶劑作為電池的陰極，鋰鹽作為陽極并且按一定的比例混合而形成的。傳統(tǒng)電解液主要存在的問題體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，受有機(jī)溶劑的影響，作為陽極的鋰鹽的化學(xué)性質(zhì)并不是很穩(wěn)定，隨著反應(yīng)的發(fā)生，電解質(zhì)會(huì)逐漸減少，以致于難以維持鋰電池的正常工作；第二，有機(jī)溶劑的分子之間經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些相互作用，導(dǎo)致一種分子的穩(wěn)定性被另一種分子所剝奪，從而對(duì)響鋰電池的工作造成很大的影響；第三，有機(jī)溶劑在鋰電池工作時(shí)會(huì)發(fā)生一系列的氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致極性比較強(qiáng)的分子在陰極會(huì)發(fā)生氧化分解，使陰極物質(zhì)逐漸減少，從而影響鋰電池的正常工作。最后，也是最為重要的一點(diǎn)是，傳統(tǒng)的電解液排放到自然環(huán)境中會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的破壞，而且它們是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了環(huán)境的自凈能力的，長(zhǎng)此以往會(huì)極大的影響到人類的正常生活，并且會(huì)危及到人類自身的健康和安全，這樣不符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的理念，所以新型高電壓電解液對(duì)于鋰電池的研究和開發(fā)具有十分重要的作用。

二、新型高電壓電解液

現(xiàn)階段，我國最新的新型高壓電解液主要有腈類高壓電解液、碳酸酯類高壓電解液、離子液體電解液、砜類電解液這四種，接下來我們將對(duì)這些新型電解液的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的介紹。

1.腈類高壓電解液

腈類的高壓電解液相比其他類型的電解液來說還是比較安全的，這是當(dāng)前社會(huì)最需要的一個(gè)特性，并且這類電解液還非常耐得住高壓，而且在特定條件下會(huì)有比較高的燃點(diǎn)，這樣的特性使它具有較高的穩(wěn)定性，從而會(huì)使腈類的電解液的循環(huán)性能比較強(qiáng)，能夠很大程度上增加鋰電池的使用壽命，這是它的一大優(yōu)勢(shì)。但是，這類電解液的兼容性不是很好，難以和其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，需要在這個(gè)方面加以改進(jìn)，例如在電解液溶液中加入EC或者DMC，都可以使它變得完善。

2.碳酸酯類高壓電解液

碳酸酯類的電解液主要的功能是提高鋰電池的高壓性能，從而能夠減少對(duì)電極的損傷，這類電解液大致可以分為兩種，一種是通過在電解液中加入其他物質(zhì)來提高電解液的化學(xué)性能的，另外一種則是通過改變它的化學(xué)結(jié)構(gòu)來提高電解液的穩(wěn)定程度的。其中，第一種還能從一定程度上提高鋰電池的容量，進(jìn)一步的增加鋰電池的安全性。這類高壓電解液都有一個(gè)共同的特性，那就是它們能夠很大程度上增加鋰電池的循環(huán)性能，從而延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。

3.離子液體電解液

離子液體電解液就是由陰陽離子共同組合而成的一種熔融鹽，它與傳統(tǒng)的電解液相比主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，離子液體是沒有氣味、而且不易燃燒的一類電解液，它的蒸汽壓非常的低，在使用或者儲(chǔ)藏的過程中一般不會(huì)蒸發(fā)或者散失，因此可減少它因?yàn)閾]發(fā)而造成的一系列環(huán)境污染問題，減輕人類的負(fù)擔(dān)；第二，離子液體不論對(duì)于有機(jī)物還是無機(jī)物來說都具有很好的溶解性能，表現(xiàn)出了溶劑和催化劑的雙重性能，使其可以作為許多化學(xué)反應(yīng)溶劑或者催化劑，這樣可以使其在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)還能在一定程度上減少設(shè)備的體積，從而降低成本；第三，離子溶液的反應(yīng)可以進(jìn)行的溫度范圍是比較廣的，幅度大約為-40～300℃，這樣的性質(zhì)使它具有比較好的穩(wěn)定性，并且使它易和其它的物質(zhì)相互分離，從而發(fā)揮它可以循環(huán)利用的基本特性；第四，從它的物理性質(zhì)來看，離子溶液還具有較大的極性的可調(diào)控性，粘度較低，密度比較大，而且離子溶液具有特殊的酸性，且酸的強(qiáng)度可以人工調(diào)節(jié)的，可以將它的酸度從弱酸調(diào)至強(qiáng)酸，此外，離子溶液還可以通過對(duì)陰陽離子的設(shè)計(jì)來調(diào)節(jié)其對(duì)無機(jī)物、水、有機(jī)物以及聚合物的溶解性；第五，離子溶液的電導(dǎo)率比較高，而且電化學(xué)窗口大，可以作為許多物質(zhì)進(jìn)行電化學(xué)研究的電解液。所以從以上幾點(diǎn)來看，離子溶液相對(duì)傳統(tǒng)電解液來說具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

4.砜類電解液

經(jīng)過長(zhǎng)期并且嚴(yán)格的對(duì)砜類電解液的物理化學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，我們可以發(fā)現(xiàn)砜類電解液與傳統(tǒng)電解液相比來說，有幾大優(yōu)勢(shì)是現(xiàn)階段鋰電池研究所需要的。首先，砜類電解液當(dāng)電壓處于5.5V以下的時(shí)候都會(huì)處于很穩(wěn)定的狀態(tài)，從而有利于鋰電池的正常工作；而且砜類電解液的粘度是比較大的，熔點(diǎn)也比較高，還具有較高的導(dǎo)電率，這都是砜類電解液與其他電解液相比所特有的性質(zhì)。但是這類電解液也有一些自身的缺陷，比如，它的兼容性并不是很好，而且安全性還比較低，這些都會(huì)對(duì)鋰電池產(chǎn)生一定的影響，需要在這些問題上對(duì)其進(jìn)行更加深入的研究，以便更好的實(shí)現(xiàn)它的價(jià)值。

三、新型高電壓電解液用于鋰電池的研究意義

對(duì)于新型高電壓電解液具有非常重大的意義，首先從它的性能上來看，新型高電壓電解液具有很強(qiáng)穩(wěn)定性，使它能夠維持鋰電池工作的高電壓，而且這類電解液與傳統(tǒng)電解液相比都有一個(gè)共同的特征，那就是他們的循環(huán)性能都比較高。從經(jīng)濟(jì)方面來看，新型高電壓電解液的制作成本相對(duì)來說比較低，而且還廣泛應(yīng)用于新能源領(lǐng)域，能夠提高它的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的快速平穩(wěn)發(fā)展。最后，新型高電壓電解液是綠色、安全的，它的污染系數(shù)比較低，對(duì)環(huán)境的危害程度會(huì)比較小，用于鋰電池的研究之后能夠在一定程度上減少鋰電池對(duì)于環(huán)境的污染。此外，鋰電池在循環(huán)性能得到增加之后，會(huì)使電池的使用壽命增加，使得對(duì)環(huán)境的排放量也會(huì)有所減少。所以，從以上幾點(diǎn)來看，研究新型高電壓電解液在鋰電池方面的應(yīng)用還是很有必要的，而且會(huì)有非常廣闊的應(yīng)用前景。

四、小結(jié)

本文通過對(duì)傳統(tǒng)電解液的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，找到的其中的問題，并據(jù)此分析了符合發(fā)展需求的新型高電壓電解液，總結(jié)了他們各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，并闡述了研究的意義。

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