锂离子电池电解液功能性添加剂的设计及应用

程树国 胡朝锋 武大中 郭慧芳(河南华瑞高新材料有限公司，河南 新乡 453000)

0 引言

锂离子电池具备工作电压高，循环寿命长，自放电小，对外界污染小的优势，已成为一种重要的新型能源，尤其在新能源汽车方面得到广泛应用。添加剂是锂离子电解液中重要的组成部分，对于电解液的性能具有决定性作用，开展功能性添加剂的研究设计，已成为当前锂离子电解液发展的重要方向。同时锂离子电解液溶剂对于电池的温度应用领域和放电倍率具有重要影响，因此对锂离子电池电解液与功能性添加剂进行设计应用显得尤为重要。在当前锂离子电池的组成中，需要重视电解液、功能性添加剂以及正负极材料。电解液作为锂离子电池的核心组成部分，对于电解液的构成进行优化设计，确保电解液的有机溶剂性能能够得到优化。同时针对功能性添加剂对电池的比容工作温度以及循环安全性能的影响进行研究分析确保能够在锂离子电池的电解液、功能性添加剂以及正负极材料上进行优化设计，为锂离子电池的发展提供保障。

1 锂离子电池电解液设计分析

1.1 电解液设计要点

在当前的锂离子电池的电解液设计分析中，由于有机溶液作为电解液的主要成分，需要根据有机溶液的设计要点进行对比分析。在当前锂离子电池的电解液性能中，有机溶剂的种类涉及到醚类、烃酸酯类以及碳酸酯类。碳酸酯类在电池电解液有机溶剂中，碳酸酯种类主要涉及到环状碳酸酯有机溶剂与链状碳酸酯有机溶剂两大类。环状碳酸有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯两种，具有锂盐溶解能力强，沸点高等特点，常作为基础的电解液溶剂，尤其碳酸乙烯酯具有较好的负极成膜能力，是目前电解液的主要溶剂之一。碳酸丙烯酯对石墨剥离，无法大量用于电解液。链状碳酸酯熔点低，黏度低，因此电导率较高，但沸

点较低，不利于电池的高温性能，因此常与环状碳酸酯复合使用，确保锂离子电池具备良好的工作范围与安全性[1]。

1.2 电解质设计要点分析

在锂离子电池的电解质设计要点中，由于电解质作为电解液主要原料之一，直接对锂离子电池的成膜性能、倍率放电性能、存储性能、循环性能等产生直接影响。电解质中的锂离子性能，决定这电池的物理性能与化学性能。在锂离子电池的安全设计当中，需要对六氟磷酸锂进行优化设计，确保能够优化电解液的电解质体系，通过对电解液的热稳定以及锂离子电池循环进行深入研究，确保锂离子电池的综合性能得到有效改善[2]。

2 锂离子电池电解液功能性添加剂优化应用措施

在当前的锂离子电池电解液功能性添加剂的优化设计与应用中，其主要可以通过优化电解液导电性能，改善电解质稳定性能，提高电解液工作低温性能、完善电极膜性能、优化电池安全性与电解液循环稳定性的优化等五方面。

2.1 优化电解液导电性能

在锂离子电池电解液功能性添加剂的优化设计当中，需要重视电解液的导电性能的提升。在提升电解液的导电性能上，借助冠醚与锂离子形成的络合物，通过提升电解液中锂离子的溶解度，确保能够提高大量的游离锂离子与阴离子，借助锂离子与阴离子的有效分离，以此提升电解液的导电性能。在锂离子电解液的导电性能提升中，借助冠醚类混合物的运用，不仅实现电解液导电性提升的作用，同时也能够降低锂离子电池充电过程的溶液切合分析，规避锂离子电池电解液的氨离子与锂离子之间发生的化学反应，通过提升锂离子的配位性能，以此提升电解液的导电性，确保电池充电与放电过程的导电性能，以此实现电池供电循环系统的优化改善[3]。

2.2 优化电解质稳定性能

在锂离子电池电解液功能性添加剂的优化设计当中，需要改善电解质稳定性能。在提升电解质稳定性能当中，需要借助高沸点与不易燃的溶剂添加，通过提升电解质的稳定性，从而保证锂离子电池工作状态的完全稳定。借助氟代化合物的高闪点与不易燃的特性，在电解液电解质中的添加，能够有效优化电池在放电与充电过程中的性能稳定，以此改善有机电解质的稳定性。锂离子电池电解质的有机溶剂借助高介电常数物质的添加，能够有效地改善添加物的功能性作用。

2.3 优化电解液工作低温性能

在锂离子电池电解液功能性添加剂的优化设计当中，需要提高电解液工作低温性能。在锂离子电池的应用上，由于其性能的提升在航天领域以及军工业领域得到了一定的应用发展。由于应用需求对于锂离子电池的使用范围进一步的压缩，导致需要确保锂离子电池能够在-40℃的情况下使用，由于当前锂离子电池的电解液其凝固点在-30℃作用，需要在低温工作性能上进行优化，确保锂离子电池能够在低温工作领域得到应用，从而为锂离子电池的发展提供保障。

2.4 优化电极膜性能

在锂离子电池电解液功能性添加剂的优化设计当中，需要完善电极膜性能。由于锂离子电池的正负极材料在工作时，会在电极表面形成钝化薄膜，通过对于电极膜性能的优化，以添加无机锂盐来提升电池的工作性能。例如添加少量的碳酸锂，不仅能够抑制电解液在工作期间出现的分解状况，同时也能够确保电极膜更加稳定，有效地防止电极石墨的脱离，从而保证电极/电解质界面膜的稳定性。通过添加一些稀释溶剂，降低锂离子电池的电解液，确保电解液能够在电极膜的性能优化下，增大高极化下锂离子迁移数，提高电池低温及倍率性能。

2.5 优化电池安全性与电解液循环稳定性

在锂离子电池电解液功能性添加剂的优化设计当中，需要优化电池安全性与循环稳定性。在锂离子电池的综合性能优化上，需要借助电池添加剂安全性能的改善以及电解液的循环稳定来实现。锂离子电池的安全性能优化需要在添加剂中提高安全性，借助阻燃物质以及高闪点、高沸点的溶剂添加，确保能够对锂离子电池的电压实现过充安全保护。同样在当前的锂离子电池的安全性能优化上，需要在功能性添加剂中应氧化还原添加剂与聚合单体添加剂来进行阻燃与电压钳制，从而确保锂离子电池的功能添加剂能够达到良好的安全性保障。在电解液循环稳定性优化中，需要借助功能性添加剂的性能测试进行，根据研究可知，当添加剂与电解液形成稳定循环性能上，其电压电容能够维持到90%左右。因此在加入功能性添加剂能够较好改善电池的循环稳定性能，从而加大容量衰减周期，为锂离子电池的电解液与功能性添加剂的优化设计提供保障。

3 新型BFMB材料性能测试验证

在锂离子电池的电解液与功能性添加剂的优化设计上，借助BFMB进行性能测试。由于BFMB添加剂能够对电解液起着一个阻燃的作用，因此在锂离子电池的应用上，其可以明显提升电池充电的时候电极的热稳定性，通过性能测试，其实际的优化性能如图1所示。

图1 BFMB功能添加剂热稳定测试

由图1可知，在锂离子电池的电解液中，通过添加BFMB功能性添加剂能够有效地改良电池的热稳定性，通过对负极材料的热稳定性进行优化，对于电池负极的自加热过程进行优化，从而显著提高锂离子电解液的热稳定性，从而改善锂离子电池的热安全性。同样通过在锂离子电池的电解液添加BFMB功能性添加剂，通过进行放电充电放电循环，从而检验BFMB对于电池的循环稳定性的影响，由于电池能够在电容上进行有效维持，从而保证BFMB添加剂能够作为锂离子电池电解液的双功能添加剂。

4 锂离子电池发展趋势

在锂离子电池的发展中，由于其具备的电压高，放电性能稳定以及无污染等特性，受到的了广泛的应用。同样在锂离子电池的发展中，需要完善电池正负极材料的优化设计，借助溶剂凝胶法生产的锰酸锂，其颗粒大小一致，并且形态、组成、成本相对容易控制，由于其合成的材料颗粒较小，借助纳米技术，进行表面包裹优化，能够确保生产的锰酸锂电极材料颗粒均匀，其结晶度能够满足锂离子电池电解液的优化设计，同样在现有的基础上，通过优化锂离子电池正负极材料的反应条件，确保能够得到更加优异的电机反应材料，从而为锂离子电池的发展提供保障。

5 结语

综上，在锂离子电池的电解液优化设计方面，需要重视多种有机溶剂的复合使用，确保较宽的温度适应性能。同样在电解质的优化方面，寻找六氟磷酸锂的替代锂盐或与新型锂盐形成复合锂盐，确保锂离子电池的安全性能与稳定性能得到提升。通过添加适当的功能性添加剂来改善锂离子电池的安全性与使用性能，促进锂离子电池产业的可持续发展。