電解液中的有機(jī)溶劑有何功能

電解液主體部分是溶劑，商用鋰離子電池電解液通常選用非水系有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑的性質(zhì)較大程度上決定了電解液的性質(zhì)。



圖片來源：學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》

電解液中的有機(jī)溶劑，主要承擔(dān)著溶解鋰鹽的功能。

溶劑的熔沸點(diǎn)、粘度、穩(wěn)定性、與正負(fù)極材料的相容性等理化特性可以對(duì)鋰離子電池的電化學(xué)性能、壽命、安全性產(chǎn)生影響。



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1、電解液溶劑的特點(diǎn)

（1）較高的介電常數(shù)和較低的粘度。因?yàn)殇圎}具有較大的極性，所以只有當(dāng)溶劑具有較高的介電常數(shù)和較大的極性時(shí)，才能保證鋰鹽在溶劑中的溶解度較高。

但是，具有較高介電常數(shù)的溶劑，一般具有較高的粘度。如果溶劑粘度過高，將對(duì)鋰離子的遷移產(chǎn)生負(fù)面影響。

因此，選擇有機(jī)溶劑時(shí)，在保持較高的介電常數(shù)的同時(shí)，需將粘度控制得相對(duì)低。

（2）較高的沸點(diǎn)與較低的熔點(diǎn)。至少在-40~150℃溫度范圍內(nèi)為液體，以保證電解液在較寬的溫度范圍內(nèi)可以正常工作。

（3）與電解液類似的其它要求，包括：較好的化學(xué)穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性、安全性等。

單一成分的溶劑較難滿足以上全部要求。例如，介電常數(shù)高的溶劑，粘度一般偏高。將高介電常數(shù)溶劑與低粘度溶劑按照一定比例混合得到混合溶劑，可以解決上述問題。

2、碳酸酯類溶劑

碳酸酯類溶劑是鋰離子電池工業(yè)最早且最廣泛應(yīng)用的有機(jī)溶劑體系。在鋰離子電池電解液中，具有不可替代的地位。

目前，常用的碳酸酯類溶劑包括環(huán)狀酯和線性酯兩個(gè)大類。

2.1環(huán)狀碳酸酯溶劑

常見的環(huán)狀碳酸酯溶劑包括：碳酸乙烯酯（EC）和碳酸丙烯酯（PC）。兩者結(jié)構(gòu)式基本類似，碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯介電常數(shù)較高，室溫粘度較大。



圖片來源：根據(jù)學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》資料制作

碳酸丙烯酯比碳酸乙烯酯多一個(gè)甲基（由一個(gè)碳原子和三個(gè)氫原子組成的分子團(tuán)），碳酸丙烯酯不對(duì)稱性明顯。

碳酸丙烯酯室溫下為無色液體，液態(tài)溫度范圍更寬，與石墨負(fù)極材料兼容度不佳，逐漸不作為鋰離子電池電解液的溶劑（根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料理解：目前仍作為鋰離子電池電解液溶劑）。

碳酸乙烯酯熔點(diǎn)為36.4℃，室溫下為無色晶體。碳酸乙烯酯綜合性能更優(yōu)且成本更低。目前，電解液有機(jī)溶劑基本以碳酸乙烯酯（EC）作為主要溶劑。

2.2線性鏈狀碳酸酯溶劑（線性酯）

線性鏈狀碳酸酯溶劑包括：碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（EMC）、碳酸甲乙酯（EMC）。上述三種物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱性相對(duì)較高，介電常數(shù)與室溫下粘度較低，且室溫下均為無色液體。



圖片來源：根據(jù)學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》資料制作

如果在線性鏈狀碳酸酯中，混入環(huán)狀碳酸乙烯酯（EC），可以改善溫度范圍、介電常數(shù)、粘度等，可滿足鋰離子電池使用需求。

3、羧酸酯類溶劑

羧酸酯類溶劑包括：甲酸甲酯（MF）、乙酸甲酯（MA）、丁酸甲酯（MB）、丙酸乙酯（EP）。



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羧酸酯的凝固點(diǎn)平均比碳酸酯低20~30℃，粘度較小，可以顯著提高鋰離子電池低溫特性。

但是，羧酸酯整體穩(wěn)定性低于碳酸酯，對(duì)鋰離子電池的高溫循環(huán)與存儲(chǔ)等壽命具有負(fù)面影響。目前，暫未作為溶劑大量使用。

審核編輯：劉清