锂离子电池高电压电解液

为了进一步提高锂电池的能量密度，最有效的策略是采用高电压或高比容量的正极材料。

今天我们重点说说提高全电池电压来提升能量密度，电解液方面的适配性。如LiCoO2正极材料的理论比容量高达274 mAh/g，而其在 4.2 V 的电压下容量发挥仅为140 mAh/g；因此提高LiCoO2的电压会很大程度上提升其能量密度。

电解液一般由锂盐、溶剂和少量添加剂构成。商业电解液是由 1.0 mol/L LiPF6 作为锂盐、环状碳酸酯和链状碳酸酯的二元或三元混合溶剂组成。其中，环状碳酸酯类溶剂具有较高的介电常数，对锂盐有较好的溶解性，如碳酸乙烯酯 (EC)、碳酸丙烯酯 (PC)；链状碳酸酯类溶剂具有较低的黏度，有利于提高离子电导率，如碳酸甲乙酯 (EMC)、碳酸二甲酯 (DMC)、碳酸二乙酯 (DEC)等。然而，LiPF6/碳酸酯基电解液在高于 4.3 V 的电压下易发生氧化分解，尤其是在正极侧过渡金属离子的催化作用下，严重的阻碍了高能量密度电池的开发。电解液作为正负极之间传递阴阳离子的媒介，通过影响电极／电解液界面膜的稳定性，决定电池的工作电压 ，对电池的性能起着关键性作用。 

传统电解液在高电压下易出现以下情况：

1.在正极表面发生不可逆的氧化分解导致气体生成。
2.电池鼓胀。
3.电极结构破坏。
4.过渡金属溶解、增大极化电压等。
这一系列副反应，从而导致高电压正极材料循环性能衰减。因此，迫切需要开发适用于高电压锂电池 的新型电解液体系。

高电压电解液研究

近年来，针对耐高压电解液的研究主要包括高电压溶剂、高电压添加剂以及局部高浓度电解液：

(1)设计新型电解液溶剂，采用具有高抗氧化性的溶剂取代传统的碳酸酯类电解液，拓宽电解液的氧化窗口，如氟代溶剂类、腈类、砜类、离子液体类等；

(2)开发功能添加剂，通过其在正极表面优先氧化分解构筑高离子导电性、低阻抗和稳定的界面膜，抑制电解液的持续分解，如含膦类添加剂、含硼类添加剂、含硫类添加剂等；

(3)采用局部高浓度电解液，通过调控锂离子溶剂化结构，不仅可以减少自由溶剂分子的数目，提高溶剂的氧化电位，还可以形成阴离子诱导的富含无机成分的界面膜，提高界面稳定性。

说明：

离子液体是指由阴阳离子构成的液态熔融盐，是一种新型电解液溶剂。通常离子液体的种类有吡咯烷类、哌啶类、铵类等。离子液体具有高热稳定性、低挥发性和宽的电化学窗口等优势，作为锂电池电解液具有很大的应用前景。然而，离子液体高黏度、高成本和低离子电导率等缺点亟待解决。