四元混合溶剂中的溶液电导率
在不同四元混合溶剂中的溶液电导率如果SEI膜形成不好,会导致锂与电解质溶剂在电极表面持续反应,从而使电池容量损失容量保持率。这种电池随着溶剂的消耗使电极表面的电解质分解产物沉积层变厚,形成高的电池阻抗。
事实上在通常情况下,电池网要得到稳定的SEI膜,也需要多个循环才能实现。为了在负极表面确立稳定的SEI膜,商品电池在出厂前一般都需要经历一个充电、恒压与放电过程,有时还要在较高温度下进行该过程。这个电池“化成”步骤要花上几周时间来完成。包含碳酸烷基酯电解质配方的电池,尤其是含有EC的电池已经显示出具有低的容量损失率、低的不可逆容量和高的放电容量。
在含有EC的电解质中,锂离子电池极表面上生成的钝化膜内含锂量最低;该SEI已经证明主要由Li2 (OC02 (CH2)20C02)2c和相关反应产物,如L12 C03和I.i()CH。组成,这些反应产物是由电解质溶剂和锂或锂化材料,譬如Lir C6反应形成的。如果溶剂不是EC,而是一般的酯类或碳酸烷基酯类,如EMCMPC,也能生成稳定的钝化膜,但是其他大多数溶剂不具有这种能力。
如果未使用酯类或碳酸烷基酯类,石墨依然可以在不能生成稳定钝化膜的溶剂中循环,但必须向电解质中加入诸如冠醚( crown ether或C()2添加剂。采用添加剂可显著改变SEI膜的化学组成,并提高其保护电极表面的能力,以阻止与电解质的反应。下一节将对添加剂做详细讨论。电解质添加剂在锂离子电池中,在正极或负极上发生的一些副反应会导致电池容量损失,因而希望能避免上述反应发生。
例如在前面一节讨论到的,负极材料表面的SEI膜,它的形成与修复要消耗锂,导致不可逆容量损失。在正极上的溶剂分子氧化以及诸如杂质水或HF的存在,也可以导致容量损失。这些反应还可能引起气体的析出,这在方形电池中危害尤其严重,可使电池鼓胀和堆压损失。采月高纯度电解质、电极包覆以及特殊电极材料可以延长循环寿命和降低气体析出量。尤其是采用不同的电解质添加剂,锂电池厂商包括有机分子、盐类、无机化合物或者气体,它们可以改善SEI稳定性和清除HF与水,从而显著地提高电池性能。如以下讨论到的,添加剂也可以显著提高电池安全性能。


