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新型高电压电解液用于锂电池的研究进展

发布时间:2018-11-29  点击量:

作者:侯永珍
  【摘要】当前的环境污染问题受到了国际社会的广泛关注,所以锂电池作为在环境问题中起关键性作用的因素,如果不对污染问题严重的传统电解液进行改进,将会对环境造成更大的不可逆转的破坏,并且最终将会退出历史舞台。结合传统电解液存在的问题,分析符合时代发展的可以用于锂电池研究的新型高电压电解液,并对其研究进展进一步进行分析,总结其研究意义。
  【关键词】传统电解液 新型高电压电解液 锂电池锂电池的应用十分广泛,几乎各行各业都有涉及,所以电解液作为锂电池非常关键的材料之一当然也会受到研究者的关注。但是,当前的环境污染的问题越来越受到了国际社会的广泛关注,所以锂电池作为在环境问题中起关键性作用的因素,如果不对污染问题严重的传统电解液进行改进,将会对环境造成更大的不可逆转的破坏,并且最终将会退出历史舞台。所以,这就需要找到符合要求的新型电解液,并且进一步研究他们的优良性能并且加以完善。接下来我们将对几类新型的高电压电解液对一个简单的介绍。
  一、锂电池和传统电解液
  1.锂电池
  由于金属锂的化学性质是比较活泼的,并且密度较低,同时还具有比较高的电势,所以将其用做电池的优势是表现的非常明显的。此外,锂电池又可以分为一次锂电池和二次锂电池,简单来说,一次锂电池是我们生活中比较常见的电池,电池寿命只有一次;二次锂电池顾名思义就是具有循环的过程、并且还可以多次使用的电池,这种电池的经济价值一般都比较高,对环境的破坏与一次锂电池相比也比较小。
  2.传统电解液存在的问题
  传统的电解液一般都是液态的,而且还有较强的导电性,大多数都是由有机溶剂作为电池的阴极,锂盐作为阳极并且按一定的比例混合而形成的。传统电解液主要存在的问题体现在以下几点:第一,受有机溶剂的影响,作为阳极的锂盐的化学性质并不是很稳定,随着反应的发生,电解质会逐渐减少,以致于难以维持锂电池的正常工作;第二,有机溶剂的分子之间经常会发生一些相互作用,导致一种分子的稳定性被另一种分子所剥夺,从而对响锂电池的工作造成很大的影响;第三,有机溶剂在锂电池工作时会发生一系列的氧化还原反应,导致极性比较强的分子在阴极会发生氧化分解,使阴极物质逐渐减少,从而影响锂电池的正常工作。最后,也是最为重要的一点是,传统的电解液排放到自然环境中会对环境造成极大的破坏,而且它们是远远超过了环境的自净能力的,长此以往会极大的影响到人类的正常生活,并且会危及到人类自身的健康和安全,这样不符合当前可持续发展的理念,所以新型高电压电解液对于锂电池的研究和开发具有十分重要的作用。
  二、新型高电压电解液
  现阶段,我国最新的新型高压电解液主要有腈类高压电解液、碳酸酯类高压电解液、离子液体电解液、砜类电解液这四种,接下来我们将对这些新型电解液的优缺点进行一些简单的介绍。
  1.腈类高压电解液
  腈类的高压电解液相比其他类型的电解液来说还是比较安全的,这是当前社会最需要的一个特性,并且这类电解液还非常耐得住高压,而且在特定条件下会有比较高的燃点,这样的特性使它具有较高的稳定性,从而会使腈类的电解液的循环性能比较强,能够很大程度上增加锂电池的使用寿命,这是它的一大优势。但是,这类电解液的兼容性不是很好,难以和其他物质发生反应,需要在这个方面加以改进,例如在电解液溶液中加入EC或者DMC,都可以使它变得完善。
  2.碳酸酯类高压电解液
  碳酸酯类的电解液主要的功能是提高锂电池的高压性能,从而能够减少对电极的损伤,这类电解液大致可以分为两种,一种是通过在电解液中加入其他物质来提高电解液的化学性能的,另外一种则是通过改变它的化学结构来提高电解液的稳定程度的。其中,第一种还能从一定程度上提高锂电池的容量,进一步的增加锂电池的安全性。这类高压电解液都有一个共同的特性,那就是它们能够很大程度上增加锂电池的循环性能,从而延长电池的使用时间。
  3.离子液体电解液
  离子液体电解液就是由阴阳离子共同组合而成的一种熔融盐,它与传统的电解液相比主要有以下几个优点。首先,离子液体是没有气味、而且不易燃烧的一類电解液,它的蒸汽压非常的低,在使用或者储藏的过程中一般不会蒸发或者散失,因此可减少它因为挥发而造成的一系列环境污染问题,减轻人类的负担;第二,离子液体不论对于有机物还是无机物来说都具有很好的溶解性能,表现出了溶剂和催化剂的双重性能,使其可以作为许多化学反应溶剂或者催化剂,这样可以使其在相对稳定的环境下发生化学反应,同时还能在一定程度上减少设备的体积,从而降低成本;第三,离子溶液的反应可以进行的温度范围是比较广的,幅度大约为-40~300℃,这样的性质使它具有比较好的稳定性,并且使它易和其它的物质相互分离,从而发挥它可以循环利用的基本特性;第四,从它的物理性质来看,离子溶液还具有较大的极性的可调控性,粘度较低,密度比较大,而且离子溶液具有特殊的酸性,且酸的强度可以人工调节的,可以将它的酸度从弱酸调至强酸,此外,离子溶液还可以通过对阴阳离子的设计来调节其对无机物、水、有机物以及聚合物的溶解性;第五,离子溶液的电导率比较高,而且电化学窗口大,可以作为许多物质进行电化学研究的电解液。所以从以上几点来看,离子溶液相对传统电解液来说具有非常明显的优势。
  4.砜类电解液
  经过长期并且严格的对砜类电解液的物理化学性质的实验测试,我们可以发现砜类电解液与传统电解液相比来说,有几大优势是现阶段锂电池研究所需要的。首先,砜类电解液当电压处于5.5V以下的时候都会处于很稳定的状态,从而有利于锂电池的正常工作;而且砜类电解液的粘度是比较大的,熔点也比较高,还具有较高的导电率,这都是砜类电解液与其他电解液相比所特有的性质。但是这类电解液也有一些自身的缺陷,比如,它的兼容性并不是很好,而且安全性还比较低,这些都会对锂电池产生一定的影响,需要在这些问题上对其进行更加深入的研究,以便更好的实现它的价值。
  三、新型高电压电解液用于锂电池的研究意义
  对于新型高电压电解液具有非常重大的意义,首先从它的性能上来看,新型高电压电解液具有很强稳定性,使它能够维持锂电池工作的高电压,而且这类电解液与传统电解液相比都有一个共同的特征,那就是他们的循环性能都比较高。从经济方面来看,新型高电压电解液的制作成本相对来说比较低,而且还广泛应用于新能源领域,能够提高它的经济效益,促进经济的快速平稳发展。最后,新型高电压电解液是绿色、安全的,它的污染系数比较低,对环境的危害程度会比较小,用于锂电池的研究之后能够在一定程度上减少锂电池对于环境的污染。此外,锂电池在循环性能得到增加之后,会使电池的使用寿命增加,使得对环境的排放量也会有所减少。所以,从以上几点来看,研究新型高电压电解液在锂电池方面的应用还是很有必要的,而且会有非常广阔的应用前景。
  四、小结
  本文通过对传统电解液的研究现状进行了简要的分析,找到的其中的问题,并据此分析了符合发展需求的新型高电压电解液,总结了他们各自的优点和不足,并阐述了研究的意义。
  参考文献:
  [1]张文林,兰晓艳,史紫微,李春利.新型高电压电解液用于锂电池的研究进展[J].化学通报,2017,(11) :1021.
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  [3]王志涛.超铁电池:K_2FeO_4基阴极材料的调制和电池性能[D].大庆石油学院,2005.
  [4]胡瑞.锂离子电池高压电解液的改性及其电化学性能的研究[D].哈尔滨工业大学,2014.


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