添加浸潤(rùn)劑對(duì)高容量電池性能的影響

劉方方+李炳

摘 要：該文研究了一種氟醚材料作為電解液的添加劑，對(duì)高容量鋰離子電池性能的影響。結(jié)果表明添加此材料可以有效地改善電解液的浸潤(rùn)效果，縮短注液時(shí)間，并且可以明顯提高電池的循環(huán)性能。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，最終確定了該材料的添加量在0.5%時(shí)對(duì)電池性能改善的效果最好。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池 電解液 添加劑 浸潤(rùn)劑

中圖分類號(hào)：TD355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（c）-0044-02

鋰離子電池最早誕生于1989年，Sony公司申請(qǐng)了石油焦為負(fù)極、LiCoO2為正極、LiPF6溶于PC+EC混合溶劑作為電解液的二次電池體系的專利。并在1990年開(kāi)始其推向商業(yè)市場(chǎng)。由于這一體系不含金屬鋰，日本人命名為鋰離子電池，這種說(shuō)法最終被這類電池具有高電壓、高功率、長(zhǎng)壽命、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)了微電子和環(huán)保的要求，迅速席卷整個(gè)電池市場(chǎng)。因此一經(jīng)推出，立即激發(fā)了全球范圍內(nèi)研發(fā)二次鋰離子電池的狂潮[1-3]。伴隨著消耗類電子產(chǎn)品的暴發(fā)性增長(zhǎng)，人們對(duì)電池性能的要求越來(lái)越高，從1991年SONY公司制造的18650容量為900 mAh，發(fā)展至今容量最高已達(dá)到4200 mAh。

超高的能量密度的提高來(lái)自于限定的空間中活性物質(zhì)的增加，孔隙率必然就會(huì)減少，這種情況下電解液的浸潤(rùn)性則對(duì)電池的性能以及加工起到至關(guān)重要的作用。本論文主要研究的就是將一種氟醚材料（記作符號(hào)A2）作為電解液的添加劑，對(duì)高容量鋰離子電池性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

在EC/DMC/EA=30∶45∶25， 1.2 mol LiFP6中加入0%A2、0.5%A2、1%A2添加劑，注入到2600 mAh 18650電芯當(dāng)中，檢測(cè)其對(duì)電池注液速度的影響，并測(cè)試不同含量的A2添加劑對(duì)電池綜合性能的影響。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同含量A2的添加劑對(duì)電解液滲透速度的影響

測(cè)試添加浸潤(rùn)劑A2的含量分別為0%、0.5%、1%之后的電解液在電芯中的滲透速度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用注液時(shí)間表示。測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

結(jié)果表明，添加浸潤(rùn)劑A2后，注液速度有明顯的改善。注液時(shí)間越短，表明滲透速度越快。因此，可以得到不同含量A2添加劑對(duì)滲透速度的改善效果順序?yàn)椋?%A2>0.5A2>0%A2。

2.2 不同含量的A2浸潤(rùn)劑對(duì)電解液性能的影響

對(duì)添加A2含量分別是0%、0.5%、1%的浸潤(rùn)劑之后的電解液性能進(jìn)行倍率性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)、倍率放電中值電壓對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、3所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)添加浸潤(rùn)性后，倍率性能有不同程度的提高，在大電流下更加明顯，這是由于浸潤(rùn)劑增強(qiáng)了電解液與正負(fù)極材料之間的浸潤(rùn)性，減小了固液雙電層的阻抗；放電中值電壓也有不同程度的提高，這也得益于雙電層阻抗的減少。

2.3 不同含量的A2浸潤(rùn)劑對(duì)電池cycle循環(huán)的影響

對(duì)注入不同電解液2.6Ah的18650電芯在常溫下進(jìn)行cycle循環(huán)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：注了三種不同電解液的2.6Ah的18650電芯在常溫下采用1C進(jìn)行循環(huán)，未添加任何添加劑的組循環(huán)400周保持率最高，達(dá)到了91.6%，而添加了0.5%A2的組別循環(huán)400周保持率為88.6%，添加了1%A2的組別保持率最差為77.4%，這說(shuō)明過(guò)多的添加浸潤(rùn)劑A2會(huì)對(duì)電池循環(huán)性能造成負(fù)面影響，這很可能是與A2本身的醚類結(jié)構(gòu)有關(guān)。

3 結(jié)論

該文研究了向使用一種氟醚材料（A2）作為浸潤(rùn)劑加入到電解液中，對(duì)電解液的浸潤(rùn)性能、倍率性能和循環(huán)性能上的影響。結(jié)果表明加入少量的浸潤(rùn)劑A2可以有效改善注液速度，在高壓實(shí)密度材料下尤為明顯，并且倍率性能也有少量的提高，在加入量少于0.5%的情況下，循環(huán)性能可以接受，但達(dá)到1%的時(shí)候則對(duì)循環(huán)性能有明顯的負(fù)面影響。對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示該添加劑A2含量為0.5%時(shí)，對(duì)電池的綜合性能改善結(jié)果最佳。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭炳焜，徐徽，王先友，等.鋰離子電池[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2002：1-4.

[2] Zhang SS.A review on the separators of liquid electrolyte Li-ion batteries[J].J. Power Sources，2007（164）：351-364.

[3] Ting Feng，F(xiàn)eng Wu，Chuan Wu，Xindong Wang，Gensheng Feng，Huiying Yang，A free-standing，self-assembly ternary membrane with high conductivity for lithium-ion batteries[J].Solid State Ionics， 2012（221）：28-34.

[4] 陳京才，崔燕，夏信德，等.LiFePO4/Li4Ti5O12鋰離子電池的制備與研究[J].電池工業(yè)，2010，15（1）：30-33.

摘 要：該文研究了一種氟醚材料作為電解液的添加劑，對(duì)高容量鋰離子電池性能的影響。結(jié)果表明添加此材料可以有效地改善電解液的浸潤(rùn)效果，縮短注液時(shí)間，并且可以明顯提高電池的循環(huán)性能。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，最終確定了該材料的添加量在0.5%時(shí)對(duì)電池性能改善的效果最好。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池 電解液 添加劑 浸潤(rùn)劑

中圖分類號(hào)：TD355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（c）-0044-02

鋰離子電池最早誕生于1989年，Sony公司申請(qǐng)了石油焦為負(fù)極、LiCoO2為正極、LiPF6溶于PC+EC混合溶劑作為電解液的二次電池體系的專利。并在1990年開(kāi)始其推向商業(yè)市場(chǎng)。由于這一體系不含金屬鋰，日本人命名為鋰離子電池，這種說(shuō)法最終被這類電池具有高電壓、高功率、長(zhǎng)壽命、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)了微電子和環(huán)保的要求，迅速席卷整個(gè)電池市場(chǎng)。因此一經(jīng)推出，立即激發(fā)了全球范圍內(nèi)研發(fā)二次鋰離子電池的狂潮[1-3]。伴隨著消耗類電子產(chǎn)品的暴發(fā)性增長(zhǎng)，人們對(duì)電池性能的要求越來(lái)越高，從1991年SONY公司制造的18650容量為900 mAh，發(fā)展至今容量最高已達(dá)到4200 mAh。

超高的能量密度的提高來(lái)自于限定的空間中活性物質(zhì)的增加，孔隙率必然就會(huì)減少，這種情況下電解液的浸潤(rùn)性則對(duì)電池的性能以及加工起到至關(guān)重要的作用。本論文主要研究的就是將一種氟醚材料（記作符號(hào)A2）作為電解液的添加劑，對(duì)高容量鋰離子電池性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

在EC/DMC/EA=30∶45∶25， 1.2 mol LiFP6中加入0%A2、0.5%A2、1%A2添加劑，注入到2600 mAh 18650電芯當(dāng)中，檢測(cè)其對(duì)電池注液速度的影響，并測(cè)試不同含量的A2添加劑對(duì)電池綜合性能的影響。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同含量A2的添加劑對(duì)電解液滲透速度的影響

測(cè)試添加浸潤(rùn)劑A2的含量分別為0%、0.5%、1%之后的電解液在電芯中的滲透速度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用注液時(shí)間表示。測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

結(jié)果表明，添加浸潤(rùn)劑A2后，注液速度有明顯的改善。注液時(shí)間越短，表明滲透速度越快。因此，可以得到不同含量A2添加劑對(duì)滲透速度的改善效果順序?yàn)椋?%A2>0.5A2>0%A2。

2.2 不同含量的A2浸潤(rùn)劑對(duì)電解液性能的影響

對(duì)添加A2含量分別是0%、0.5%、1%的浸潤(rùn)劑之后的電解液性能進(jìn)行倍率性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)、倍率放電中值電壓對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、3所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)添加浸潤(rùn)性后，倍率性能有不同程度的提高，在大電流下更加明顯，這是由于浸潤(rùn)劑增強(qiáng)了電解液與正負(fù)極材料之間的浸潤(rùn)性，減小了固液雙電層的阻抗；放電中值電壓也有不同程度的提高，這也得益于雙電層阻抗的減少。

2.3 不同含量的A2浸潤(rùn)劑對(duì)電池cycle循環(huán)的影響

對(duì)注入不同電解液2.6Ah的18650電芯在常溫下進(jìn)行cycle循環(huán)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：注了三種不同電解液的2.6Ah的18650電芯在常溫下采用1C進(jìn)行循環(huán)，未添加任何添加劑的組循環(huán)400周保持率最高，達(dá)到了91.6%，而添加了0.5%A2的組別循環(huán)400周保持率為88.6%，添加了1%A2的組別保持率最差為77.4%，這說(shuō)明過(guò)多的添加浸潤(rùn)劑A2會(huì)對(duì)電池循環(huán)性能造成負(fù)面影響，這很可能是與A2本身的醚類結(jié)構(gòu)有關(guān)。

3 結(jié)論

該文研究了向使用一種氟醚材料（A2）作為浸潤(rùn)劑加入到電解液中，對(duì)電解液的浸潤(rùn)性能、倍率性能和循環(huán)性能上的影響。結(jié)果表明加入少量的浸潤(rùn)劑A2可以有效改善注液速度，在高壓實(shí)密度材料下尤為明顯，并且倍率性能也有少量的提高，在加入量少于0.5%的情況下，循環(huán)性能可以接受，但達(dá)到1%的時(shí)候則對(duì)循環(huán)性能有明顯的負(fù)面影響。對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示該添加劑A2含量為0.5%時(shí)，對(duì)電池的綜合性能改善結(jié)果最佳。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭炳焜，徐徽，王先友，等.鋰離子電池[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2002：1-4.

[2] Zhang SS.A review on the separators of liquid electrolyte Li-ion batteries[J].J. Power Sources，2007（164）：351-364.

[3] Ting Feng，F(xiàn)eng Wu，Chuan Wu，Xindong Wang，Gensheng Feng，Huiying Yang，A free-standing，self-assembly ternary membrane with high conductivity for lithium-ion batteries[J].Solid State Ionics， 2012（221）：28-34.

[4] 陳京才，崔燕，夏信德，等.LiFePO4/Li4Ti5O12鋰離子電池的制備與研究[J].電池工業(yè)，2010，15（1）：30-33.

摘 要：該文研究了一種氟醚材料作為電解液的添加劑，對(duì)高容量鋰離子電池性能的影響。結(jié)果表明添加此材料可以有效地改善電解液的浸潤(rùn)效果，縮短注液時(shí)間，并且可以明顯提高電池的循環(huán)性能。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，最終確定了該材料的添加量在0.5%時(shí)對(duì)電池性能改善的效果最好。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池 電解液 添加劑 浸潤(rùn)劑

中圖分類號(hào)：TD355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（c）-0044-02

鋰離子電池最早誕生于1989年，Sony公司申請(qǐng)了石油焦為負(fù)極、LiCoO2為正極、LiPF6溶于PC+EC混合溶劑作為電解液的二次電池體系的專利。并在1990年開(kāi)始其推向商業(yè)市場(chǎng)。由于這一體系不含金屬鋰，日本人命名為鋰離子電池，這種說(shuō)法最終被這類電池具有高電壓、高功率、長(zhǎng)壽命、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)了微電子和環(huán)保的要求，迅速席卷整個(gè)電池市場(chǎng)。因此一經(jīng)推出，立即激發(fā)了全球范圍內(nèi)研發(fā)二次鋰離子電池的狂潮[1-3]。伴隨著消耗類電子產(chǎn)品的暴發(fā)性增長(zhǎng)，人們對(duì)電池性能的要求越來(lái)越高，從1991年SONY公司制造的18650容量為900 mAh，發(fā)展至今容量最高已達(dá)到4200 mAh。

超高的能量密度的提高來(lái)自于限定的空間中活性物質(zhì)的增加，孔隙率必然就會(huì)減少，這種情況下電解液的浸潤(rùn)性則對(duì)電池的性能以及加工起到至關(guān)重要的作用。本論文主要研究的就是將一種氟醚材料（記作符號(hào)A2）作為電解液的添加劑，對(duì)高容量鋰離子電池性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

在EC/DMC/EA=30∶45∶25， 1.2 mol LiFP6中加入0%A2、0.5%A2、1%A2添加劑，注入到2600 mAh 18650電芯當(dāng)中，檢測(cè)其對(duì)電池注液速度的影響，并測(cè)試不同含量的A2添加劑對(duì)電池綜合性能的影響。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同含量A2的添加劑對(duì)電解液滲透速度的影響

測(cè)試添加浸潤(rùn)劑A2的含量分別為0%、0.5%、1%之后的電解液在電芯中的滲透速度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用注液時(shí)間表示。測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

結(jié)果表明，添加浸潤(rùn)劑A2后，注液速度有明顯的改善。注液時(shí)間越短，表明滲透速度越快。因此，可以得到不同含量A2添加劑對(duì)滲透速度的改善效果順序?yàn)椋?%A2>0.5A2>0%A2。

2.2 不同含量的A2浸潤(rùn)劑對(duì)電解液性能的影響

對(duì)添加A2含量分別是0%、0.5%、1%的浸潤(rùn)劑之后的電解液性能進(jìn)行倍率性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)、倍率放電中值電壓對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、3所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)添加浸潤(rùn)性后，倍率性能有不同程度的提高，在大電流下更加明顯，這是由于浸潤(rùn)劑增強(qiáng)了電解液與正負(fù)極材料之間的浸潤(rùn)性，減小了固液雙電層的阻抗；放電中值電壓也有不同程度的提高，這也得益于雙電層阻抗的減少。

2.3 不同含量的A2浸潤(rùn)劑對(duì)電池cycle循環(huán)的影響

對(duì)注入不同電解液2.6Ah的18650電芯在常溫下進(jìn)行cycle循環(huán)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：注了三種不同電解液的2.6Ah的18650電芯在常溫下采用1C進(jìn)行循環(huán)，未添加任何添加劑的組循環(huán)400周保持率最高，達(dá)到了91.6%，而添加了0.5%A2的組別循環(huán)400周保持率為88.6%，添加了1%A2的組別保持率最差為77.4%，這說(shuō)明過(guò)多的添加浸潤(rùn)劑A2會(huì)對(duì)電池循環(huán)性能造成負(fù)面影響，這很可能是與A2本身的醚類結(jié)構(gòu)有關(guān)。

3 結(jié)論

該文研究了向使用一種氟醚材料（A2）作為浸潤(rùn)劑加入到電解液中，對(duì)電解液的浸潤(rùn)性能、倍率性能和循環(huán)性能上的影響。結(jié)果表明加入少量的浸潤(rùn)劑A2可以有效改善注液速度，在高壓實(shí)密度材料下尤為明顯，并且倍率性能也有少量的提高，在加入量少于0.5%的情況下，循環(huán)性能可以接受，但達(dá)到1%的時(shí)候則對(duì)循環(huán)性能有明顯的負(fù)面影響。對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示該添加劑A2含量為0.5%時(shí)，對(duì)電池的綜合性能改善結(jié)果最佳。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭炳焜，徐徽，王先友，等.鋰離子電池[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2002：1-4.

[2] Zhang SS.A review on the separators of liquid electrolyte Li-ion batteries[J].J. Power Sources，2007（164）：351-364.

[3] Ting Feng，F(xiàn)eng Wu，Chuan Wu，Xindong Wang，Gensheng Feng，Huiying Yang，A free-standing，self-assembly ternary membrane with high conductivity for lithium-ion batteries[J].Solid State Ionics， 2012（221）：28-34.

[4] 陳京才，崔燕，夏信德，等.LiFePO4/Li4Ti5O12鋰離子電池的制備與研究[J].電池工業(yè)，2010，15（1）：30-33.