探究鋰離子電池電解液中雜質(zhì)含量對電池的影響及除雜技術(shù)

王芳（天津金牛電源材料有限責(zé)任公司，天津300400）

近幾年里，鋰離子電池因其本身低污染、長壽命等特點得到了廣泛應(yīng)用，電解液作為其中重要組成部分，不僅起到了存儲作用，也承擔(dān)了能量轉(zhuǎn)化的作用。研究發(fā)現(xiàn)，鋰電子電池電解液中存在很多雜質(zhì)離子，會對其性能造成極大的負面影響。因此，需要加強對雜質(zhì)含量和除雜技術(shù)的分析，以提高電池的穩(wěn)定安全性。

1 鋰離子電池電解液中雜質(zhì)含量實驗準(zhǔn)備

如果想要進一步研究鋰離子電池和電解液中雜質(zhì)含量的關(guān)系，需要采用不同雜質(zhì)含量的電解液制備出鋰離子電池。在正式實驗前，需要制備LiMn2SO4正極材料極片以、MCMB 負極材料極片，同時完成紐扣電池的組裝。在此基礎(chǔ)上，對電解液性能以及電池電化學(xué)性能進行測試，主要包括以下幾個測試：電解液電導(dǎo)率測試、電解液酸度測試、線性福安掃描法以及電化學(xué)阻抗測試。分別利用電導(dǎo)率測試儀、酸度計、電化學(xué)工作站以及線性伏安掃描法等儀器和方式完成上述測試工作。

2 鋰離子電池電解液中雜質(zhì)含量實驗分析

2.1 實驗基本數(shù)據(jù)

鋰離子電池可以在電動車輛、混合動力電動車輛中得到廣泛應(yīng)用，但在實際生產(chǎn)過程中，電解液中的雜質(zhì)是導(dǎo)致其失效的主要原因之一。有研究表明，雜質(zhì)的沉積會導(dǎo)致電池性能鏈狀劣化，還會導(dǎo)致石墨電極表面形成的SEI膜被破壞，只有通過除雜技術(shù)，來抑制雜質(zhì)沉積對電池循環(huán)壽命造成的影響。利用天津金牛電源材料有限責(zé)任公司提供的電解液的進行實驗，為了更好的進行對比分析，其中一組電解液中含有30mgL-1的雜質(zhì)濃度，另一組則完全不含雜質(zhì)，通過具體配置工作，讓電解液中雜質(zhì)含量分別保持在：0mgL-1、20mgL-1、34.5mgL-1、51.5mgL-1、70.5mgL-1這幾個層次，并且對制備好的電池進行測試。按照前文的實驗測試順序，分別完成了電解液性能以及電池電化學(xué)性能測試、電極表面形貌和組分測試。

2.2 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

2.2.1普通的電解液電池

根據(jù)實際結(jié)果情況來看，不含雜質(zhì)的電解液半電池更具穩(wěn)定性，經(jīng)過50個循環(huán)后，不含雜質(zhì)電解液的半電池容量保持率為87.8%，而含有雜質(zhì)電解液的半電池容量為48.9%。由此可知，雜質(zhì)的存在導(dǎo)致了嚴重的容量衰減。造成這一情況的主要原因在于雜質(zhì)的增加，會產(chǎn)生副反應(yīng)，從而讓電荷消失速度加快，容量衰減，不僅如此，不含雜質(zhì)電解液的半電池初始放電容量和充電容量分別為381.3mAhg-1以及301.3mAhg-1，其中含有不可逆容量損失為80mAhg-1，而含有雜質(zhì)電解液的半電池初始放電容量和充電容量分別為371.5mAhg-1以及293mAhg-1，其中含有不可逆容量損失為78.5mAhg-1，經(jīng)過50 個循環(huán)后，這種差異逐漸加大，最終不可逆損失分別達到35.3mAhg-1以及4.5mAhg-1。在對SEI 膜阻抗進行調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，不含雜質(zhì)電解液的SEI 膜阻抗為297.6Ω，而含有雜質(zhì)電解液的半電池容量為972.12Ω。根據(jù)這一數(shù)據(jù)可以看出，含有雜質(zhì)的電解液明顯增加了界面阻抗?？偟膩碚f，含有雜質(zhì)的電解液并不利于電池制備工作，會對電池的正常使用造成嚴重的負面影響。

2.2.2 LiBOB-SL/DEC電解液電池

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進一步分析不同雜質(zhì)含量的Li?BOB-SL/DEC 電解液體系對電池容量衰減、電池EIS 以及電極表面SEI 膜進行分析。根據(jù)實際情況上看，這一電解液相比較上述電解液的放電容量更加穩(wěn)定。由此可知，LiBOB-SL/DEC電解液可以有效抑制雜質(zhì)在石墨電極表面沉積，雖然依然放電容量依然有一定程度的降低，但整體上看，效果得到發(fā)幅度改善，電解液的氧化分解被充分抑制，充放電率借鑒100%。從具體數(shù)據(jù)可知，當(dāng)放電率為0.2C時，LiBOB-SL/DEC電解液中的雜質(zhì)含量分別為：0mgL-1、20mgL-1、34.5mgL-1、51.5mgL-1、70.5mgL-1時，放電容量分別保持在98%、95%、92%、86%、80%。然后在失穩(wěn)狀態(tài)下，進一步分析雜質(zhì)含量對電化學(xué)阻抗帶來影響，根據(jù)具體數(shù)據(jù)來看，不含雜質(zhì)LiBOB-SL/DEC 電解液SEI 膜阻抗為560Ω。由此可以愛看胡扯，雖然起到，而一定的抑制作用，但隨著雜質(zhì)含量的增加，依然會出現(xiàn)一定的影響，但相比較普通的電解液來看，LiBOB-SL/DEC電解液可以形成有效的保護膜，抑制雜質(zhì)沉積。

3 鋰離子電池電解液的除雜技術(shù)對策分析

3.1 Li2SO4預(yù)處理

鋰離子電池如果想要得到更好的應(yīng)用，就要優(yōu)化電解液體系，根據(jù)上述實驗結(jié)果已經(jīng)證明SEI 膜改性可以有效降低雜質(zhì)的負面影響，改善電極損傷情況，并且提高長期循環(huán)能力。因此，本文提出在石墨陽極上進行Li2SO4預(yù)處理，從而有效提高循環(huán)性能，切實抑制雜質(zhì)對電池性能產(chǎn)生破壞和影響。根據(jù)具體實驗測試情況來看，利用噴霧沉積技術(shù)，配合Li2SO4水溶液對石墨電極表面進行預(yù)處理后，不僅循環(huán)性能和容量保持率得到有效提高，界面阻抗也相對較低。從實際情況上看，預(yù)處理后，雜質(zhì)含量下降，都具有了非常明顯充放電平臺，預(yù)處理后的石墨電極半電池的初始放電容量和充電容量分別為313.5mAhg-1以及253mAhg-1，由此可知每個循環(huán)的平均衰減容量為1.0mAhg-1。沒有經(jīng)過預(yù)處理的石墨電極半電池的初始放電容量和充電容量分別為329.5mAhg-1以及168.8mAhg-1，由此可知每個循環(huán)的平均衰減容量為4.0mAhg-1。需要注意的是，前者經(jīng)歷了60 個循環(huán)，而后者僅經(jīng)歷了40 個循環(huán)。根據(jù)具體的電化學(xué)性能測試、阻抗測試、SEI膜形貌分析以及SEI膜的成分分析情況來看，經(jīng)過Li2SO4預(yù)處理后的石墨電極，其表面的SEI 膜薄而穩(wěn)定且富有彈性電化學(xué)性能得到根本上的提高，也能夠更好的適應(yīng)電化學(xué)體積變化。

3.2 鋰化分子篩

除了利用Li2SO4預(yù)處理石墨電極之外，在制備過程中，也可以采取一些脫出基礎(chǔ)，但在脫除雜質(zhì)的過程中很有可能會引入大量的鈉離子，可以采用鋰化分子篩，利用其篩除雜質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，讓其和六氟磷酸鋰進行反映，會讓氟化氫進行初步的脫除，同時，其他金屬離子也會和鋰化分子篩的鋰離子發(fā)生交換，進一步降低離子含量。切實保證有機電解液中的水含量小于0.002%。為了保證雜質(zhì)篩除效果，可以對相應(yīng)的雜質(zhì)進行檢測，避免除雜工作出現(xiàn)問題。

3.3 除雜裝置

除了上述兩種方式之外，還可以利用電解液連續(xù)凈化除雜裝置，利用注液槽、吸附球、凈化柱、沉降池、集液桶和除氣泡等機械結(jié)構(gòu)，完成高效的除雜工作技術(shù)。有機電解液作為鋰離子電池最為重要的組成部分，加強其雜質(zhì)凈化能力，提高電池電化學(xué)性能，是現(xiàn)階段的重點，可以有效避免整個電池遭到破壞。具體的工作流程如下：第一步，將待凈化除雜的電解液注入到注液槽內(nèi)，然后液體就會依次經(jīng)過吸附球、凈化柱和沉降池等結(jié)構(gòu)，此時電解液中的雜質(zhì)就會被吸附去除。第二步，在循環(huán)泵的作用下，經(jīng)過一次凈化的電解液重新回到注液槽內(nèi)，再次進行凈化，如此循環(huán)反復(fù)。第三步，凈化除雜完成的電解液進入到集液桶中，經(jīng)過除氣泡裝置去除電解液中氣泡，此時電解液中的雜質(zhì)基本降至最低。

4 結(jié)語

綜上所述，如果鋰離子電池電解液中雜質(zhì)含量過高，就會導(dǎo)致電池容量瞬間，還會對電池EIS 以及電極表面SEI 膜形態(tài)和組分造成負面影響?？梢岳肔i2SO4預(yù)處理石墨電極，來提高電池循環(huán)性能，抑制電解液中雜質(zhì)對電池性能的破壞，讓鋰離子電池可以實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展，在大型能量存儲系統(tǒng)市場中得到應(yīng)用。