锂电池电解液有多重要？

生活中电池无处不在，特别是锂电池应用非常广泛，正急速渗透轿车、储能、航空航天及军工等领域。因而，各国将进步动力电池的功能列为研讨热门之一。

据外媒报导，美国研讨人员在最新一期英国《天然·纳米技术》上宣布论文称，运用高度氟化的电解液可大幅进步电池储电才能和耐用性，未来或可推动电动轿车行业的进一步开展。由此看来，电解液在电池研发过程中起着适当重要的作用，那么，当今研发电解液的应战在哪里，有何路径，科学家近些年创造性获得过哪些功能不错的电解液？带着问题，科技日报记者采访了多年从事电化学储能资料和器件研讨的清华大学深圳研讨生院能源环境学部副研讨员贺艳兵博士。

安全隐患成研发中首要应战

“电解液被喻为锂电池的‘血液’，背负电池充放电过程离子输运任务，具有不行代替的作用。其一般由高纯度有机溶剂、电解质锂盐（六氟磷酸锂等）、添加剂等原料组成。”贺艳兵告诉记者。

以锂离子电池为例，电解液是四大要害资料（正极、负极、隔膜、电解液）之一，在电池中正负极之间起到传导锂离子的作用，换言之，没有它的输运，电池就不能进行充放电。贺艳兵指出，现在运用的电解液是可燃性系统，粘度越小、离子输运才能越强，离子电导才能越高。锂电池负极外表有叫固态电解质界面（SEI）膜的保护薄层，其对负极循环安稳性至关重要，也对电池安全性有很大影响；而电解质的组分决议SEI膜的性质，对电池循环安稳性和安全性有重要影响。

贺艳兵说，科研人员在努力进步动力电池的高能量密度和快充速度，但是在寻求这两个目标的过程中，对电池循环系统会带来安全性隐患，这也正是研发电池电解液的应战。

这种应战首要表现在两个方面，一是经过电池电压升高添加电池能量密度，假如让电池充电从4．2伏进步到4．5伏乃至更高，电解液耐高压才能不适配，就会被氧化分化，放出的热量使电池温度升高，并产生大量气体；而在高温下，一旦负极外表SEI膜分化损坏后，裸露负极与电解液发生放热反响，电池温度会进一步升高，引起电解液与正极资料、粘结剂热反响，或许会引起电池爆破。

二是电池在快速充电过程中会发热，锂离子从正极到负极时，负极吸收速度较慢，这样锂离子鱼贯而入不能快速嵌入石墨负极，犹如一群人拥堵在门口，锂析出来后便会沉积在SEI膜外表，形成锂金属，乃至会把负极外外表SEI膜损坏。

高度氟化只为添加阻燃性

贺艳兵指出，开发耐高压电解液、阻燃电解液、低温电解液，以及优化SEI膜等，是现在电池电解液的重要研讨方向。

采用易燃有机电解液的锂离子电池，一向限制着锂二次电池（又称为充电电池或蓄电池）向电动轿车和大规模储能领域开展。近来，武汉大学化学与分子科学学院曹余良教授团队与美国西北太平洋国家试验室，共同在《天然·能源》在线宣布关于非燃磷酸酯电解液在锂离子电池应用的研讨成果。贺艳兵对此解释说：“这项研讨一改在电解液中添加阻燃剂，提出直接用非可燃溶剂磷酸三乙酯，能够一起确保电池的优异电化学和安全功能。”

而美国马里兰大学、陆军研讨试验所和阿尔贡国家试验室等组织，以化学性质极不安稳的锂金属为负极制备一种电池，配以高氟电解液，可完成充放电多达千次，储电才能仅下降到最初的93％。

贺艳兵告诉记者，高氟电解液除了添加阻燃性之外，还优化了SEI膜，免除电解液的腐蚀作用，进步电池的安全性，延伸运用寿命。这种电池可使纯电动车安全安稳行进里程更长。

固态电解质要害问题需要打破

业内人士比方，“找到配比适宜的电解液有点像抓中药，犹如不同体质、病症服用不同药方，需要根据锂电池的正负极资料品种、电池形状、电池功能终究决议电解液的配方”。

其实对电池电解液的研讨，一个重要环节是测验新式电解液在电池中的安全系数，需要做热冲击、针刺、短路、过充电、过放电等各种试验；如热冲击测验中，将电池存储在120℃—150℃的热冲击箱里，看电池的温度变化和电池失控行为，电池是否易燃或许易爆，有些研讨要在试验室试验各种电池“爆破”，从而查验电池的安全性。

“未来研讨方向是，用固态电解质代替传统有机液态电解液，全固态锂离子电池将有望从根本上解决电池安全性问题，成为电动轿车和规模化储能的理想电源，但现在在一些要害性问题上获得打破，需要时日。”贺艳兵着重。值得一提的是，新烯新能源股份有限公司总监陈鹏在承受科技日报记者采访时说，公司与日本京都大学日前联合开发出的陶瓷硫化物电解质，并制造出归纳功能远超传统锂电池的新式固态电池，现在即将投产商业化。