鋰電池電解液發(fā)展現(xiàn)狀

鋰電池憑借其自身的綜合優(yōu)勢(shì)不斷滲透到一個(gè)個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)群汽車(chē)、電動(dòng)工具、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。為了適應(yīng)這些龐大的產(chǎn)業(yè)群，鋰電池電解液材料未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將主要集中在新型溶劑、離子液體、添加劑、新型鋰鹽等方面，與新型正、負(fù)極材料相匹配，從而使鋰離子電池更安全，具有更高的功率、更大的容量，最終安全方便地應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)、儲(chǔ)能、航天以及更廣泛的領(lǐng)域。

為了滿足鋰離子電池產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的需要，必須開(kāi)發(fā)出高安全性、高環(huán)境適應(yīng)性更高的電解液材料。主要應(yīng)從電解液的溶劑、溶質(zhì)和添加劑的選擇上進(jìn)行考量：

（1）盡量選擇工作溫度范圍寬的溶劑，溶劑的熔點(diǎn)最好能在-40℃以下，沸點(diǎn)最好在150℃

以上或更高，電化學(xué)窗口寬的溶劑能更好地防止在荷電狀態(tài)下的電解液的氧化還原反應(yīng)，同時(shí)可以提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。比如可以考慮使用離子液體、新型溶劑、多組分溶劑等，從而解決電池的安全性和環(huán)境適應(yīng)性。

（2）選擇合適的溶質(zhì)，提高電池的環(huán)境適應(yīng)性。目前通常所用的LiPF6（鋰六氟磷酸鹽）分解溫度低，從60℃開(kāi)始就有少量分解，在較高溫度或惡劣的環(huán)境下，分解的比例大大增加，產(chǎn)生HF（氫氟酸）等游離酸，從而使電解液酸化，最終導(dǎo)致電極材料的損壞以及電池性能的急劇惡化。

（3）可以考慮添加適量的阻燃添加劑、氧化還原穿梭添加劑、保護(hù)正負(fù)極成膜添加劑等。采用阻燃添加劑可以確保電池內(nèi)部熱失控時(shí)，電解液不會(huì)燃燒起火，使電池安全性得以保證。采用氧化還原穿梭添加劑的作用是，防止當(dāng)電池尤其是動(dòng)力電池組由于在使用過(guò)程中出現(xiàn)異常的狀況，單體電池會(huì)經(jīng)常性過(guò)充或過(guò)放，從而導(dǎo)致電池性能的迅速惡化，進(jìn)而影響整組電池的性能和使用，甚至帶來(lái)安全隱患的發(fā)生。采用正負(fù)極成膜添加劑的作用是可以有效地保護(hù)正負(fù)極材料在充電狀態(tài)下與電解液的接觸反應(yīng)，通過(guò)成膜的形式，將高度活性的正負(fù)極與電解液隔離開(kāi)來(lái)，從而防止電解液在電極表面的反應(yīng)。

電解液主要原材料為六氟磷酸鋰，占電解液成本的50%左右，其生產(chǎn)成本為10萬(wàn)元/噸，售價(jià)為40萬(wàn)元/噸，毛利率高達(dá)75%。六氟磷酸鋰合成難度較高，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程涉及高溫、低溫、真空、高壓、腐蝕性強(qiáng)、易燃易爆和劇毒化學(xué)品，對(duì)設(shè)備和人員要求高、工藝難度極大。森田化工在張家港的建設(shè)年產(chǎn)300噸六氟磷酸鋰的工廠，照搬日本工廠的成熟設(shè)備和工藝，仍然歷時(shí)3年才穩(wěn)定達(dá)產(chǎn)，可見(jiàn)工藝難度之高。

難點(diǎn)在于雜質(zhì)控制。電解液對(duì)六氟磷酸鋰的純度要求極高，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求水分小于30ppm，游離酸小于10ppm。由于六氟磷酸鋰本身具有吸潮性，因此高純?cè)系墨@取和生產(chǎn)過(guò)程中雜質(zhì)控制和產(chǎn)品提純都是關(guān)鍵因素。較高的技術(shù)門(mén)檻，導(dǎo)致極高的市場(chǎng)集中度，市場(chǎng)主要被關(guān)東電化學(xué)工業(yè)、STELLA、森田化學(xué)等幾家日本企業(yè)壟斷。

國(guó)內(nèi)目前僅有天津金牛能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)量約80噸，產(chǎn)品全部自用不對(duì)外銷(xiāo)售。江蘇國(guó)泰和多氟多正在進(jìn)行中試生產(chǎn)。

發(fā)展趨勢(shì)：長(zhǎng)期看，新電解質(zhì)體系的開(kāi)發(fā)將是大勢(shì)所趨。六氟磷酸鋰材料的熱穩(wěn)定性較差，從60℃開(kāi)始就有少量分解，在較高溫度或惡劣的環(huán)境下，分解的比例大大增加，產(chǎn)生氫氟酸等游離酸，會(huì)使電解液酸化，最終導(dǎo)致電極材料的損壞以及電池性能的急劇惡化。同時(shí)六氟磷酸鋰易潮解，而水分是電解液的大敵。近些年，草酸硼酸鋰鹽在電解液中的應(yīng)用逐漸引起關(guān)注。用草酸硼酸鋰鹽配制成的電解液有抗過(guò)充、阻燃等功能，形成的SEI膜非常穩(wěn)定，滿足動(dòng)力電池高安全性的要求。更長(zhǎng)遠(yuǎn)看，聚合物鋰電池可能成為鋰電池未來(lái)的發(fā)展方向。由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì)，與液態(tài)鋰離子電池相比，聚合物鋰離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點(diǎn)，也不會(huì)產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問(wèn)題，因此外殼材質(zhì)可以更輕，從而可以提高整個(gè)電池的比容量。此外，聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比普通鋰離子電池有所提高。