锂电快充电解液改善方法:(一)扩散速度
电池若要实现快充功能需要电解液具有高的锂离子传输能力，锂离子传输快慢与电解液性能直接相关。如图1(a)，锂离子电池在充电过程中将经历四个过程：
(1)锂离子与溶剂分子形成溶剂化锂，溶剂化锂在电势差和浓度差的驱动下进行液体扩散；
(2)在SEI膜界面处溶剂化锂离子将与溶剂分子分离即去溶剂化过程；
(3)去溶剂化锂离子在SEI 膜中传输；
(4)锂离子在活性材 料本体内传输形成插层化合物。
锂离子电池在充电过程中需要克服相应的能量 势垒方可实现锂离子的移动，如图1(b)。其中去溶剂化过程需要的能垒最大，其次是锂离子在SEI膜中的扩散。在锂离子电池慢速充电过程中能量势垒对电池的影响相对较小，而当电池需要实现快速充电时，这些在慢充过程中可忽略的因素将严重影响电池的快充性能。
上述四个过程中前三个过程均与电解液的性能直接相关。其中锂离子在电解液中的传输与溶质锂盐及溶剂的性质有密切联系。去溶剂化过程则与溶剂的成分密切相关。锂离子在SEI膜中的传输与SEI的性质有关，而SEI的性质由电解 液溶剂及相关添加剂决定。因此改善电解液的物理、 化学性能将有效提高电池的快速充电能力。
锂离子电池快充电解液改善途径
快充电解液的设计开发可从提高锂离子在电解液中扩散速度、降低去溶剂化势垒、优化SEI膜以实现具有高离子导电性等方面开展工作。
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1 改善电解液扩散速度
当前锂离子电池用电解液溶剂主要包括具有链状和环状结构的碳酸脂类及羧酸酯类，各溶剂的物理化学性质见表1。
有机液体电解液中存在Li+ 、阴离子和溶剂分子，这三种物质的自扩散系数关系为Li+<阴离子<溶剂。虽然Li+半径最小，然而Li+会与溶剂分子形成溶剂化的Li+而导致具有更大的半径，这将显著降低Li+的扩散速度。电解液溶剂在常温下熔点越低，黏度越小，这对溶质在溶剂中的扩散越有利。因此，溶质在低熔点溶剂中的扩散速度将越大。KONDOU等以双氟磺酰亚胺锂（Li[FSA]）为溶质，溶解到不同溶剂中构成电解液，其中电解液的浓度为1mol/L。不同种类电解液的物性参数见表2。
当电解液的黏度越低时，离子导电性越强。离子导电性是由阳离子和阴离子的导电性共同决定，而阳离子、阴离子导电性与相对应的离子自扩散系数存在正比关系。当采用MA作为溶剂时溶液显示出高的锂离子自扩散系数，同时阴离子和溶剂均呈现最高自扩散系数，因此该电解液能够提高电池的快充性能。
KONDOU等研究了具有不同溶质浓度的电解液的Li+扩散系数，发现电解液的浓度直接影响Li+的扩散速度，如图2所示。横坐标为溶剂浓度与Li+浓度比值，当数值减小时意味着Li+浓度相对于溶剂浓度增加。纵坐标为溶剂扩散系数Dsol与锂离子扩散系数DLi的比值，若锂离子扩散系数与溶剂扩散系数同时同比例增加时，Dsol/DLi将保持比例关系不变。
若比例关系变大表明锂离子扩散系数改变不如溶剂扩散系数的改变，反之若比例关系变小表明锂离子扩散系数的改变要明显强于溶剂扩散系数的改变大。Li[FSA]在溶液中会以正电荷Li+和负电荷FSA−存在，随Li[FSA]浓度的增加正负电荷的扩散系数均增加，DFSA/DLi呈水平直线。而有时正负电荷扩散系数的增加程度不相同，体现为具有一定斜率的曲线。式中：a、b 为系数。
根据式(1)，当[溶剂]/[Li]= 1.0 时，a/b=0.9为定值，假设a/b不变，如果[溶剂]/[Li]=0.8时，锂离子浓度相对溶剂浓度是增加，可得Dsol/DLi=0.72，如果数值小于0.72表明DLi变大，锂离子扩散系数相对溶剂扩散系数是变大的，在图上表现为在斜率为a/b直线的下方；如果数值大于0.72表明DLi变小，锂离子扩散系数相对溶剂扩散系数是减少的。在图上表现为点在斜率为a/b直线的下方。
MP和ML两种电解液随着锂离子浓度的增加，锂离子自扩散系数相对溶剂扩散系数增加，MA电解液在[溶剂/Li]的比值为1.0和0.8时近似为一条水平直线，表明锂离子扩散系数相对溶剂扩散系数是减少。当电解液中[溶剂/Li]比值调整为0.6时，所在点明显在延长线下方，表明MA电解液中锂离子自扩散系数提高程度在高浓度电解液中更明显。所有电解液随锂离子浓度的增加，自扩散系数相对阴离子自扩散系数均显著提高。表明提高电解液浓度能够显著提高锂离子的自扩散系数，进而改善快充电池的性能。
离子在移动过程中会产生离子电流，某一离子电流占整个溶液离子电流的分数被称为该离子的迁移数。电池在充放电过程中，锂离子在电解液中将会产生浓度梯度，浓度梯度的出现将导致离子迁移数出现差异。随着充电电流的增加差异将不断变大。
LIU等对提高电池快充性能的电解液进行了研究，指出电解液的离子迁移数对电池充电倍率起到决定性的作用。如图3(a)所示，当电池处于充电状态SOC时，在正极靠近箔材位置具有最高的锂离子浓度，随着与正极箔材距离越来越远锂离子浓度逐渐减小，且在正极和负极中浓度下降并非线性关系。锂离子的浓度变化与正负极材料的孔隙率和曲折度均有关。在隔膜中的锂离子浓度可近似为线性关系。
锂离子电池在低SOC下能够以更高的倍率进行充电，随着SOC状态升高，允许的最大充电电流逐渐减小，如图3(b)所示。当电解液的锂离子迁移数变大时，在同样的SOC状态下电池可承受更高的充电倍率。图3(b)显示，离子迁移数分别为1.0和0.4的电解液在40%SOC状态下，电池可以分别承受5.8C和3.6C的充电电流。当电池在4.0C倍率下充电时，迁移数为1.0的电解液电池可以在70%SOC 以下的状态充电。而迁移数为0.4的电解液电池仅满足在20%SOC以下状态充电。综上，提高电解液的锂离子迁移数可以有效提高电池的快充性能。
WU等研究了不同电解液溶剂对锂离子电池快充性能的影响。以1.2mol/L LiPF6为溶质，以EMC、EC为主溶剂，加入不同种类的其他溶剂作为共溶剂，考察不同溶剂配方对电芯快充性能的影响。这些共溶剂包括DMC、MA、EA和EF。溶剂体积配比为EC∶EMC∶共溶剂=30∶50∶20。在20、30、40℃温度条件下，不同溶剂配方电解液的离子导电性大小顺序为MA>EF>EA>DMC，如图4所示。相关分析认为是由于溶液黏度变化导致电解液性能的不同，低黏度溶剂能够有效降低电解液中离子运动引起的扩散阻抗。
为测试不同配方电解液对快充电池性能的影响，WU等制备NMC622/石墨软包锂离子电池，电池容量为520mA·h，经过化成定容等制程后成为待测软包电池。图5(a)是软包电池在2C、3C、4C倍率下充电后放电容量相对于1C充电倍率下放电的容量保持率柱状图。在4C倍率充电条件下性能优劣关系为EA>EF>MA>DMC>EMC，相关结果差异是由于这些混合溶剂的离子导电性不同引起。高导电性溶剂能够缓解锂离子浓差极化，保持锂离子浓度的相对均匀性。
对注入5种不同电解液电池进行长期循环稳定性测试，图5(b)表明DMC体系电解液电池具有更优的长期循环稳定性和更高的放电容量。EF体系电解液电池容量快速衰减，EA体系电解液电池容量衰减也比较明显，虽然EMC体系电解液电池容量衰减慢，但电池容量发挥却低。对电池进行拆解分析查验负极界面状况，如图5(b)照片所示。DMC电解液体系的负极界面显示均匀光滑的表面，但是其他电解液体系的负极界面缺陷比较明显，特别是EF电解液体系。因此合理的溶剂配方能够抑制电池负极析锂程度，进而有效提高电池的快充性能。