在以三元材料為正極的鋰離子電池研發任務中,還有一個很重要的任務是研究與其配套的電解液。最近有關三元材料電解液研究方面的文章也很多,主要還是以LiPF。為主鹽,碳酸酯作為主溶劑,通過增加添加劑改進電池的性能。添加劑的作用主要是改善正極表面狀態,降低活性材料與電解液的反應,一般可以通過在相對低一些的電壓下通過添加劑的分解,形成一層致密的膜,對活性材料起到保護作用。

    Kyoung Seok Kang的研究主要針對高鎳三元材料。他們研究了4種電解液添加劑對高鎳材料高溫性能的影響。其中PS與其他添加劑相比有較好的性能。在60℃條件下,加入2% PS的C/NCM622全電池①50次循環容量保持率在98.9%;②50次循環厚度增加只有17.9%,遠低于沒有添加劑的32%,由圖3-33可見,在60℃貯存4周后,厚度只增加了6.07%.而沒有添加劑的電池厚度增加了27.9%。③在高溫條件下金屬的溶解遠低于未加添加劑的電池,Ni的溶解量由599.78mg.kg-l,降為21.23mg.kg-l。

    FT-IR光譜的結果表明:陰極材料表面有一層烷基砜化合物的膜覆蓋(RSOSR和RSO。SR),這可能是PS電化學氧化造成的。線性掃描伏安法的實驗也證明,與無添加劑的電解液相比,加入添加劑后增大了氧化電流,PST和PS電流最大,說明在4.1V發生了氧化反應,形成了新的表面。從圖3-34場發射掃描電鏡圖可以清晰地看到,未加入PS添加劑的電池隔膜幾乎完全被電解液的分解產物堵塞,而加入PS添加劑電池的隔膜保持了完好的孔隙。對于加入PS添加劑電池的正極材料表面有一層SEI膜,而未力口入PS添加劑的電池正極表面有不均勻的電解質分解產物。由此看來,PS添加劑可以有效抑制電解液的分解。作者采用自制裝置測試了95℃,100%充電狀態的正極與電解液在95℃高溫下的反應,保持15h高溫,加入PS的電解液產氣量不大,內壓56.4kPa,小于未加添加劑的65.4kPa。

    使用添加劑可以有效控制NCM表面性質。對于四種添加劑的研究表明,PS和PST的效果最為明顯,添加2% PS的電解液電池有好的循環性能,C/NCM622全電60℃50
次循環容量保持率為98.9%,高溫循環后厚度增加17.9%,遠低于沒有添加劑的32%,在高溫條件下金屬的溶解和產氣量都遠低于未加添加劑的電池。添加PS添加后,
高鎳電池性能的提高表明,說明PS是一種有效改進電極表面狀態的添加劑。

    此外,J.R.Dahn等討論了各種電解液添加劑和組合添加劑對電池性能的影響。他們也認為要提高電池的循環性能,必須添加電解液添加劑。添加劑要有助于在正負極形成鈍化膜,并且有低的電荷轉移電阻并能降低副反應。

    與三元材料相匹配的電解液研究有大量工作要做,如針對高電壓三元、高鎳三元電解液的研究,針對高功率電池的電解液的研究等等。

 
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