电芯高温性能改善—电解液/隔膜/导电剂/粘接剂/集流体结构

前面我们分解了到改善高温性能的核心思路就三条：

1.让材料本身更耐热；

2.让界面膜更稳定、副反应更少；

3.让电芯内阻更低、散热路径更好。

今天我们从电解液、隔膜、导电剂、粘结剂、集流体结构方向来改善高温。

一.电解液

电解液是高温性能最关键的一张牌。

1.溶剂设计：

a.适当提高 EC 等环状碳酸酯比例，减少低沸点、低闪点的 DMC/EMC。

b.可引入氟代溶剂、砜类溶剂，提高高温氧化稳定性。

注意：高温和低温往往矛盾，需要根据应用场景平衡。

2.锂盐设计：

常用锂盐LiPF₆ 高温下分解产生 PF₅ 和 HF，攻击正极和 SEI。

a.可用 LiFSI 部分替代 LiPF₆，例如替代 10%~30%，但要注意铝箔腐蚀，需要配合 LiBOB、LiDFOB 或专用添加剂。

b.LiDFOB、LiBOB 本身有利于高温界面稳定性，但阻抗偏高，需要控制用量。

3.添加剂设计：

a.成膜类：VC、FEC，形成稳定 SEI/CEI。但 VC 过量会高温产气和阻抗增大，一般控制在 0.5%~2%。

b.抑产气类：PS、PST、DTD 等，可改善高温存储和循环产气。

c.降阻抗类：LiPO₂F₂ 可降低高温循环内阻增长。

d.除水除酸类：TMSP、TMSPi、碳化二亚胺类，可抑制 HF 生成。

e.保护正极类：丁二腈、己二腈等腈类添加剂，可在正极表面络合，减少高温副反应。

电解液水分和酸度要严格控制，一般水分 < 20 ppm，酸度 < 50 ppm。

高温下隔膜收缩可能导致内短路，是安全底线。

可采取的措施：

a.使用陶瓷涂覆隔膜，涂覆 Al₂O₃、勃姆石，提高耐热收缩性和浸润性。

b.PP/PE/PP 三层复合隔膜，保留闭孔功能的同时提高破膜温度。

c.芳纶涂覆、PI 隔膜耐温更高，但成本高。

注：重点关注隔膜的热收缩率、破膜温度、闭孔温度匹配。

导电剂在高温高电压下可能催化电解液氧化。导电剂总量不宜过高，保证电子通路即可。

可采取的措施：

a.正极用 CNT、石墨烯部分替代导电炭黑，减少高比表面碳材料用量。

b.负极导电剂尽量少用。

a.正极选高分子量 PVDF、PVDF-HFP 或 PI，减少高温溶胀和脱氟反应。

b.负极PAA 类粘结剂高温循环和抑制膨胀效果优于传统 CMC/SBR，可考虑使用或混用。

注意：粘结剂用量不宜过多，避免增加极片电阻和减少活性物质比例。

a.正极使用涂碳铝箔，降低接触电阻、抑制高温下铝箔腐蚀。

b.负极铜箔注意防氧化处理。

c.极耳、连接片材质和焊接质量直接影响内阻和温升，高温电芯要控制焊接电阻。

小结：

还是引用之前的话，高温性能不是靠单一材料解决，而是“正极界面稳定 + 电解液耐高温 + 负极低副反应 + 电芯低内阻 + 制造低水分”的组合拳。下篇文章我们从产品设计层面来进行高温优化方式举例。