鋰離子電池高電壓電解液溶劑研究進展

張濤 朱坤慶 黎露 計陽 高學友

提高鋰離子電池能量密度的一個途徑是開發具有更高電壓的正極材料。目前，高能量密度數碼電池的充電截止電壓普遍在4.45V以上，4.48V及以上電壓的電池體系也在開發應用，這就對電解液提出了很高的要求。傳統的鋰離子電池碳酸酯類電解液由于低的電化學穩定窗口，在高電壓下易分解，從而影響電池的電化學性能。所以，尋找合適的高電壓電解液溶劑顯得就十分迫切。本文主要總結了氟代、砜類、腈類等高壓溶劑和室溫離子液體各自的優缺點及在提高電解液電化學穩定窗口、改善電池性能方面的最新進展，并對高電壓電解液未來發展進行展望。

1 前言

計算機、通訊和消費電子產品的持續繁榮，帶來了鋰離子電池產業的快速發展。然而，目前大量使用的傳統的正極材料鈷酸鋰（LiCoO2）能量密度較低（約150Wh/kg）[1，2]，限制了鋰離子電池在儲能、動力汽車等方面的應用。而儲能、純電動汽車、混合動力汽車市場將是鋰離子電池未來發展和應用的主要方向和關鍵所在。提高正極材料的工作電壓是提高鋰離子電池能量密度的其中一種主要方式。目前研究的高壓正極材料，如尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4、磷酸鈷鋰（LiCoPO4）、磷酸鎳鋰（LiNiPO4）等都有很高的工作電壓，從而有獲得高能量密度的可能。另外，通過提高充電截止電壓，獲得高的放電比容量，如富鋰錳材料等，也有可能獲得高的能量密度。雖然各種高壓正極材料研究比較火熱，但一直沒有得到大規模實際應用，這其中最主要的原因之一是高壓電解液的研發雖然取得了不少進步，但沒有取得重大突破，無法批量在實踐中得到廣泛應用，取得客戶端對電池性能和安全的認可?！?br>