錳系正極材料電解液添加劑分析

竇加俊 邢彤(天津金牛電源材料有限責(zé)任公司，天津 300400)

0 引言

錳系正極材料的電解液添加劑使用中，其可以在整個電池的工作中，可以更好地支持電池內(nèi)的電荷傳遞，同時對于添加劑來說，其本身也存在一些特定的作用作用和理化指標(biāo)，要根據(jù)電池的運(yùn)行方法和運(yùn)行需求科學(xué)選擇電解液添加劑。之后才可以根據(jù)這類信息的處理方法，從而讓目前的新型處理結(jié)構(gòu)與協(xié)調(diào)方法進(jìn)行選擇。

1 錳系正極材料電解液添加劑材料

1.1 LMO的電解液添加劑

LMO本身呈現(xiàn)立方體尖晶石結(jié)構(gòu)，在熱穩(wěn)定性、理論容量、倍率性能以及單位售價等方面，都具有良好的性能與條件，可以說在目前的電池行業(yè)運(yùn)行和發(fā)展中，LMO已經(jīng)成為大量電池生產(chǎn)廠家廣泛選用的資源，構(gòu)成了當(dāng)前的最主要動力材料。在LMO材料的使用中，發(fā)現(xiàn)需要在當(dāng)前的整個系統(tǒng)建設(shè)與完善過程中，可以發(fā)現(xiàn)在電解液的氧化分解過程中，會出現(xiàn)酸引發(fā)下的錳離子溶解問題，在該問題出現(xiàn)之后，會導(dǎo)致該材料在后續(xù)的信息處理與完善過程中，會在很大程度上呈現(xiàn)高溫性能變差的特點(diǎn)。

在當(dāng)前的信息處理和整個系統(tǒng)的升級與優(yōu)化過程，已經(jīng)構(gòu)成了多種專業(yè)化的科學(xué)管控制度，但是從整體上來看，大部分材料雖然可以在很大程度上提高電池的本身運(yùn)行性能，然而在后續(xù)的相關(guān)信息協(xié)調(diào)和工作中，很可能導(dǎo)致在當(dāng)前的工作中，整個系統(tǒng)內(nèi)部的綜合管理水平不足。比如使用的電解液添加劑為N-甲基吡咯烷鎓-醋酸雙酰亞胺，在加入了該項材料之后，可以在實際的信息處理和使用過程，可以充分提高該系統(tǒng)的工作方法與處理成效，讓電池的運(yùn)行質(zhì)量抬升。

1.2 LNMO的電解液添加劑

錳系正極材料的電解液添加劑中，考慮到在當(dāng)前的材料制作中也會制作出LNMO正極材料，這類材料的使用過程具有更高的電壓，可以達(dá)到4.78V，并且這類材料在能量密度、理論比容量、環(huán)境友好性方面，都具有良好的性能。在具體的電解液添加劑材料使用中，要根據(jù)這類正極材料的本身質(zhì)量和操作方案，充分提高該系統(tǒng)的工作質(zhì)量。其中LNMO在充放電的過程中，會出現(xiàn)陽離子混排問題，其中在電解液的高電壓環(huán)境下，會讓正極逐漸出現(xiàn)分解問題，使得電池的運(yùn)行壽命大幅縮短，此時會導(dǎo)致電化學(xué)性能大幅變差。此外在電解液添加劑的應(yīng)用中，也要通過在其中加入經(jīng)過熱處理的導(dǎo)電添加劑，此時可以讓正極表面的相關(guān)設(shè)施得到處理，同時也可以在其中增添含硼添加劑，這類添加劑在使用過程中，會被整個電池的內(nèi)環(huán)境內(nèi)優(yōu)先氧化，并且可以在正極材料的表面結(jié)構(gòu)上形成含篷膜，可以抑制電解液的分解，此時減少大阻抗無極電解液產(chǎn)物的生成，最終讓錳系正極材料的被保護(hù)性能提高。

1.3 錳系三元正極材料電解液添加劑

1.3.1 LNCM電解液添加劑

錳系正極材料的使用中，其中含有錳系三元正極類型的材料，在這類材料的具體應(yīng)用中，LNCM的材料的具體應(yīng)用過程中，可以通過對于所有這些信息的處理和協(xié)調(diào)，讓得到的電池材料性能提高。在當(dāng)前開發(fā)出的相關(guān)材料中，可以使用的相關(guān)材料包括三甲基硼酯材料為電解液的添加劑，之后分析在這類材料的具體使用過程中，可以實現(xiàn)對于該項材料的科學(xué)處理，并且在得到了所有這類關(guān)鍵性的信息之后，則可以充分提高整個電池系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，從而使得該系統(tǒng)的專業(yè)性運(yùn)行質(zhì)量與工作水平可以得到全方位的升級。

1.3.2 NCM電解液添加劑

從電池材料的特性上來看，會受電解液的嚴(yán)重影響，導(dǎo)致電極材料被腐蝕，降低了電池的壽命。在電解液添加劑的使用過程，已經(jīng)開發(fā)出了多種材料，其中三乙烯基磷酸酯作為添加劑時，可以提高電池的整體運(yùn)行壽命和運(yùn)行質(zhì)量，另外在初始充電條件下，該材料可以在正極材料表面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，同時氧化分解的參數(shù)比基準(zhǔn)電解質(zhì)參數(shù)更低。在電池的抗阻和后續(xù)分析中，可在正極材料表面可形成防護(hù)層，可防止在電解液的其他組分中出現(xiàn)不可控的氧化分解反應(yīng)。因此從表面的形成結(jié)構(gòu)上來看，添加劑可在很大程度上形成針對整個系統(tǒng)的有效保護(hù)作用，讓該系統(tǒng)的運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量升極。

1.3.3 碳酸二苯酯電解液添加劑

碳酸二苯酯在一些錳系正極電池中，通過對該材料的使用，加入了電解液添加劑后，在較高精度的庫侖法、電池演變測量以及CEI等多參數(shù)的分析過程，發(fā)現(xiàn)加入了該材料后，電池的充電能量的提高速率和存儲過程中的放電速率都發(fā)生了下滑，因此可以說該材料可以實現(xiàn)對電池充放電性能的有效保護(hù)。此外從充放電結(jié)果上來看，無論是在充電過程還是放電過程，由于電池的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行效率處于更加順滑狀態(tài)，因此可認(rèn)為這類材料在充放電過程中所產(chǎn)生的沖擊程度下降，通過對這類信息的后續(xù)調(diào)整和規(guī)范，可認(rèn)為當(dāng)前所取得的結(jié)果具有更高的安全性。

1.3.4 環(huán)氧甘露醇電解液添加劑

在該材料的使用中，通常情況下會在一定的溫度環(huán)境下對其進(jìn)行反復(fù)式的循環(huán)處理，并且可以將一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)參數(shù)添加劑投入到原有的電解液內(nèi)，從而在整個電池的正極上生成具有超薄性、均勻性分布性以及運(yùn)行可靠性等多種性能的保護(hù)膜，因此可以說在具體的建設(shè)階段，可以充分形成針對整個系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、工作效率和信息處理性能的全面升極，從而以整個系統(tǒng)在后續(xù)的運(yùn)行階段為依托，與當(dāng)前已經(jīng)建立的電池系統(tǒng)升級。

2 錳系正極材料電解液添加劑材料效果

2.1 LMO電解液添加劑影響

對于LMO專用的電解液添加劑運(yùn)行過程分析可以發(fā)現(xiàn)，如果未能采用本文上文中提及的電解液添加劑，則在后續(xù)的信息處理過程和使用過程，可以實現(xiàn)對這類信息的充分協(xié)調(diào)與整合，即當(dāng)前所建立的專業(yè)化管理工作機(jī)制和管理工作預(yù)案必須要能夠經(jīng)過科學(xué)處理，才可讓所取得的處理結(jié)果本身可滿足正極的穩(wěn)定運(yùn)行要求。此外在后續(xù)的信息處理和規(guī)劃過程，發(fā)現(xiàn)在使用了新型材料后，材料后續(xù)管理和操作方案都需要得到全面檢驗，經(jīng)過了有效的調(diào)整和分析后，才可認(rèn)為當(dāng)前能夠取得的所有專業(yè)化信息處理結(jié)果和信息的處理規(guī)劃方案可以順應(yīng)該系統(tǒng)的運(yùn)行要求，此時可以認(rèn)為，該電解液添加劑可以符合錳系正極材料電解液的運(yùn)用目的。

2.2 LNMO電解液添加劑影響

LNMO的電極材料電解液添加劑使用中，本文探討了經(jīng)過熱處理之后的炭黑導(dǎo)電添加劑性能，并且使用XPS研究表面的相關(guān)材料特征，以及在石墨化過程中所產(chǎn)生的變化，從最終取得的效果上可以發(fā)現(xiàn)，在電池的后續(xù)應(yīng)用階段，由于材料本身具有良好的導(dǎo)電性能，因此在運(yùn)行過程可以獲得更長的循環(huán)壽命。在材料的使用中，可以在整個正極材料的表面上形成更少的官能團(tuán)，最終可以有效削弱整個正極材料表面上的副反應(yīng)強(qiáng)度，從而讓電池的循環(huán)穩(wěn)定性提升。此外在電池的高電壓情況下，也可以在其中加入含有硼材料的添加劑，在具體的作用原理上，上文中已經(jīng)提及，此處不再贅述。從取得的結(jié)果上來看，加入了這類添加劑之后，整個系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、工作可靠性和運(yùn)行壽命都得到了全面徹底的升極，最終讓整個系統(tǒng)可以處于更為高效、安全的運(yùn)行狀態(tài)。

2.3 錳系三元正極材料電解液添加劑影響

2.3.1 LNCM電解液添加劑影響

對于LNCM正極材料來說，在整個系統(tǒng)的建設(shè)階段，需要在其中加入相關(guān)的材料作為電解液添加劑，從而分析該添加劑對于整體性能參數(shù)的影響。在當(dāng)前的研究結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，如果使用了這一材料作為電解液添加劑之后，則整個系統(tǒng)的影響參數(shù)穩(wěn)定性提高明顯，其中電解液中如果該材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%，那么在0.5V和3.0V電壓下，整個電池可以循環(huán)運(yùn)行200次，同時在該過程中容量的保持率保持為89%，因此可以認(rèn)為，電化學(xué)的相關(guān)參數(shù)并未發(fā)生容量方面的根本性變化，可以符合系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行要求。

2.3.2 NCM電解液添加劑影響

針對NCM膜材料的添加劑在使用過程，其中加入0.25%的環(huán)氧甘露醇后，在高壓循環(huán)環(huán)境下進(jìn)行了50次的循環(huán)，則可以發(fā)現(xiàn)整個電池的相關(guān)參數(shù)和性能的穩(wěn)定性高于基礎(chǔ)性的電解液，電池的整體電能容量保持率達(dá)到了96.9%，基準(zhǔn)電壓保持率為73.1%。因此可以認(rèn)為，該電解液添加劑具有良好的電池性能保障效果。此外在4.8V電壓下，這類外加劑也可以有效抑制電池的自放電系數(shù)，并且在信息的循環(huán)處理過程，由于加入的材料可以優(yōu)先氧化并形成碳酸酯溶劑，因此可以在正極的表面形成薄且有保護(hù)性的正極饃。

2.3.3 碳酸二苯酯電解液添加劑影響

在加入了磷酸二苯酯材料之后，可以實現(xiàn)對整個正極材料的性能影響，通過使用專業(yè)的測量方法發(fā)現(xiàn)，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的磷酸二苯酯之后，則電池的充放電電能容量參數(shù)明顯變化，雖然整體上具有一定的緩解效果，其中加入了質(zhì)量參數(shù)為24.3%時，在4.3V電壓下，電池的極化參數(shù)與阻抗半圓的直徑都處于急劇增加狀態(tài)，讓正極材料表面的厚度處于增加狀態(tài)，此時電池的容量逐漸衰減，但是整體上瞬間速度緩慢，處于可以接受狀態(tài)。

2.3.4 環(huán)氧甘露醇電解液添加劑影響

環(huán)氧甘露醇材料加入之后，如果外加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，那么就可以在正極上形成超薄且均勻分布的保護(hù)膜，從而提高了正極材料的熱穩(wěn)定性能，防范了容量損失和內(nèi)部阻抗的增長，如果加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%的情況下，那么在60℃的高溫下，電池循環(huán)的熱性能也得到了大幅度的改善，初始容量保留率為98.9%，而膜的厚度增加17.9%，對于整個系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)情況影響不大。

3 結(jié)語

綜上所述，錳系正極材料電解液添加劑的使用過程，主要是依托于該正極材料的本身特性以及相關(guān)外加劑材料的理化特性對其進(jìn)行投放。從當(dāng)前取得的研究成果上來看，可以加入的材料包括碳酸二苯酯、環(huán)氧甘露醇等，這類物質(zhì)使用之后，都可以在正極材料上形成一層保護(hù)膜，防范了正極材料的過度消耗，并且可以提高熱穩(wěn)定性。