宽温型锂离子电池有机电解液的研究进展

更新时间:2023-05-28

【摘要】锂离子电池的使用领域明显受工作温度范围的限制。消费级电子设备要求的工作温度通常在-20～60℃,基本与常规锂离子电池极限工作温度一致;然而,为了适应地域和季节温度差异,电动汽车的动力电源通常需要长期在-30～70℃的温度范围内工作;宇航/军事装备需要更强的适应性,要求搭载的电池系统具备更宽的工作温度范围,特别是低温极限拓展至-50℃以下。目前锂离子电池显然难以在如此宽的温度范围内长时间、高性能地工作,因此宽温型锂离子电池成为研究开发的热点之一。宽温性能同时需要兼顾电池的高温和低温两方面的性能。文献表明,低温的主要问题是锂离子的扩散,为可逆过程,对原有电池组成和结构不造成显著破坏;高温的主要问题是电解液的分解和电解液与正极、负极间的表面化学钝化机制的丧失,为不可逆过程,导致电池循环充放电容量迅速衰减。碳酸酯基电解液的优化设计成为现阶段拓宽锂离子电池工作温度范围最可行、最经济的途径。宽温电解液的设计和研究涉及到电解液的溶剂化结构、电解液与负极以及电解液与正极的表面化学反应三方面的问题。其中,具有较宽的液态温度范围、较高的电化学稳定性和低温离子电导率是电解液液相的必要条件;而电解液|电极界面成分与结构是维持锂离子和电荷的交换、增强电解液与电极材料相容性的关键因素。液相改性主要通过采用新型电解质锂盐和使用具有较宽液态范围的共溶剂来实现,界面的改性主要通过向电解液中加入界面成膜添加剂和高温添加剂来实现。本文基于笔者课题组在电解液宽温化改性方面的工作,综述了近些年来宽温电解液的相关研究和探索方面的成果,介绍了最近报道的新型电解质锂盐、共溶剂和功能性添加剂的结构、性能及作用机理,并展望了宽温电解液研究的未来发展方向及研究方法。

【关键词】 锂离子电池 电解液 宽使用温度 氟代酯 有机硅添加剂

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