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锂离子电池电解液

2022-11-11 来源:锂电前沿 浏览数:1


1.电解液:锂电池之“血液”

1.1.作用:离子传输载体、具备五大特性

作为锂离子传输的载体,电解液是锂电池的四大组成部分之一。锂电池的四大组成材料包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜。其中电解液是令锂离子在正极与负极之间移动的载体,是影响锂离子电池性能的关键因素之一。在锂电池的成本构成中,正极材料成本占比最高,一般大于 40%;其次是隔膜,成本占比在 20%-30%;负极成本占比一般小于 15%;电解液成本一般占锂电池总成本的 10%-15%

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作为锂电池的“血液”,电解液应具备五大基本特性锂电池电解液应具备良好的化学稳定性、宽电位范围、良好的导电性能、良好的热稳定性以及对环境友好。根据中国电池网数据,良好的化学稳定性是指电解液不会与正极、负极、隔膜、粘结剂等材料发生化学反应;宽电位范围是指电解液需要有 0-5V 的电化学稳定窗口;电解液的导电性能一般需要达到10-3~2×10-3S/cm,确保其介电常数高、粘度低、离子迁移阻力小等;电解液的使用温度范围一般在-40℃~70℃;此外,电解液最好可以生物降解,不会污染环境。

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按照溶剂物理性质的不同,电解液可划分为液体电解液和固体电解液。

液体电解液主要应用于圆柱及方型锂电池中,固体电解液主要应用于软包电池上。根据航盛锂能官网,固体电解液为新型电解液,成本高于液体电解液,目前应用最广泛的电解液为液体电解液。根据液体属性的不同,液体电解液又可划分为有机溶剂电解液和无机溶剂电解液,其中有机溶剂电解液使用较为广泛。以下我们以有机溶剂电解液为主要讨论对象。

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1.2.组成:锂盐为核、溶剂为体

电解液主要组成成分包括电解质锂盐、有机溶剂和添加剂锂盐、高纯度有机溶剂、添加剂等原料在一定条件下按照一定比例配置制成电解液。目前常用的锂盐为六氟磷酸锂,常用的有机溶剂包括环状碳酸酯、链状碳酸酯,常用的添加剂包括成膜添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂和多功能添加剂等。其中有机溶剂是电解液的主体部分,其性能与溶剂性能关系密切,根据 OFweek 数据,电解液对有机溶剂纯度的要求在 99.9%以上。锂盐主要用于提供锂离子,确保电池在充放电过程中有足够的锂离子。添加剂种类较多,采用添加剂的种类主要由电池的用途和性能来决定。

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锂盐成本占电解液总成本的比例最高。在电解液成本构成中,2021 年锂盐成本占电解液总成本的比例最大,为 45%,对电解液价格影响较大,溶剂和添加剂成本占比分别为 25%和 20%。从质量占比来看,根据华经产业研究院数据,有机溶剂质量占电解液质量约 80%;其次是锂盐,占比约为 10%-15%;添加剂占比约为 5%-10%

1.2.1.锂盐:LiPF6占据主导地位,LiFSI 入局企业增多

目前常用的锂盐为六氟磷酸锂,生产工艺以氟化氢溶剂法为主。六氟磷酸锂是目前的主流锂盐。相较于其他锂盐,六氟磷酸锂具有较高的电导率、良好的离子迁移数、较强的电化学稳定性以及耐氧化性,还可在碳负极上形成适当的 SEI 膜以及可有效钝化正极铝箔。六氟磷酸锂的生产工艺主要有气-固反应法、氢氟酸溶剂法、有机溶剂法、离子交换法等,其中氟化氢溶剂法具有反应迅速、转化率高、适合大规模生产等优点,成为目前六氟磷酸锂的主流生产工艺。

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