新型高電壓電解液用于鋰電池的研究進展

侯永珍

【摘要】當前的環境污染問題受到了國際社會的廣泛關注，所以鋰電池作為在環境問題中起關鍵性作用的因素，如果不對污染問題嚴重的傳統電解液進行改進，將會對環境造成更大的不可逆轉的破壞，并且最終將會退出歷史舞臺。結合傳統電解液存在的問題，分析符合時代發展的可以用于鋰電池研究的新型高電壓電解液，并對其研究進展進一步進行分析，總結其研究意義。

【關鍵詞】傳統電解液 新型高電壓電解液 鋰電池鋰電池的應用十分廣泛，幾乎各行各業都有涉及，所以電解液作為鋰電池非常關鍵的材料之一當然也會受到研究者的關注。但是，當前的環境污染的問題越來越受到了國際社會的廣泛關注，所以鋰電池作為在環境問題中起關鍵性作用的因素，如果不對污染問題嚴重的傳統電解液進行改進，將會對環境造成更大的不可逆轉的破壞，并且最終將會退出歷史舞臺。所以，這就需要找到符合要求的新型電解液，并且進一步研究他們的優良性能并且加以完善。接下來我們將對幾類新型的高電壓電解液對一個簡單的介紹。

一、鋰電池和傳統電解液

1.鋰電池

由于金屬鋰的化學性質是比較活潑的，并且密度較低，同時還具有比較高的電勢，所以將其用做電池的優勢是表現的非常明顯的。此外，鋰電池又可以分為一次鋰電池和二次鋰電池，簡單來說，一次鋰電池是我們生活中比較常見的電池，電池壽命只有一次；二次鋰電池顧名思義就是具有循環的過程、并且還可以多次使用的電池，這種電池的經濟價值一般都比較高，對環境的破壞與一次鋰電池相比也比較小。

2.傳統電解液存在的問題

傳統的電解液一般都是液態的，而且還有較強的導電性，大多數都是由有機溶劑作為電池的陰極，鋰鹽作為陽極并且按一定的比例混合而形成的。傳統電解液主要存在的問題體現在以下幾點：第一，受有機溶劑的影響，作為陽極的鋰鹽的化學性質并不是很穩定，隨著反應的發生，電解質會逐漸減少，以致于難以維持鋰電池的正常工作；第二，有機溶劑的分子之間經常會發生一些相互作用，導致一種分子的穩定性被另一種分子所剝奪，從而對響鋰電池的工作造成很大的影響；第三，有機溶劑在鋰電池工作時會發生一系列的氧化還原反應，導致極性比較強的分子在陰極會發生氧化分解，使陰極物質逐漸減少，從而影響鋰電池的正常工作。最后，也是最為重要的一點是，傳統的電解液排放到自然環境中會對環境造成極大的破壞，而且它們是遠遠超過了環境的自凈能力的，長此以往會極大的影響到人類的正常生活，并且會危及到人類自身的健康和安全，這樣不符合當前可持續發展的理念，所以新型高電壓電解液對于鋰電池的研究和開發具有十分重要的作用。

二、新型高電壓電解液

現階段，我國最新的新型高壓電解液主要有腈類高壓電解液、碳酸酯類高壓電解液、離子液體電解液、砜類電解液這四種，接下來我們將對這些新型電解液的優缺點進行一些簡單的介紹。

1.腈類高壓電解液

腈類的高壓電解液相比其他類型的電解液來說還是比較安全的，這是當前社會最需要的一個特性，并且這類電解液還非常耐得住高壓，而且在特定條件下會有比較高的燃點，這樣的特性使它具有較高的穩定性，從而會使腈類的電解液的循環性能比較強，能夠很大程度上增加鋰電池的使用壽命，這是它的一大優勢。但是，這類電解液的兼容性不是很好，難以和其他物質發生反應，需要在這個方面加以改進，例如在電解液溶液中加入EC或者DMC，都可以使它變得完善。

2.碳酸酯類高壓電解液

碳酸酯類的電解液主要的功能是提高鋰電池的高壓性能，從而能夠減少對電極的損傷，這類電解液大致可以分為兩種，一種是通過在電解液中加入其他物質來提高電解液的化學性能的，另外一種則是通過改變它的化學結構來提高電解液的穩定程度的。其中，第一種還能從一定程度上提高鋰電池的容量，進一步的增加鋰電池的安全性。這類高壓電解液都有一個共同的特性，那就是它們能夠很大程度上增加鋰電池的循環性能，從而延長電池的使用時間。

3.離子液體電解液

離子液體電解液就是由陰陽離子共同組合而成的一種熔融鹽，它與傳統的電解液相比主要有以下幾個優點。首先，離子液體是沒有氣味、而且不易燃燒的一類電解液，它的蒸汽壓非常的低，在使用或者儲藏的過程中一般不會蒸發或者散失，因此可減少它因為揮發而造成的一系列環境污染問題，減輕人類的負擔；第二，離子液體不論對于有機物還是無機物來說都具有很好的溶解性能，表現出了溶劑和催化劑的雙重性能，使其可以作為許多化學反應溶劑或者催化劑，這樣可以使其在相對穩定的環境下發生化學反應，同時還能在一定程度上減少設備的體積，從而降低成本；第三，離子溶液的反應可以進行的溫度范圍是比較廣的，幅度大約為-40～300℃，這樣的性質使它具有比較好的穩定性，并且使它易和其它的物質相互分離，從而發揮它可以循環利用的基本特性；第四，從它的物理性質來看，離子溶液還具有較大的極性的可調控性，粘度較低，密度比較大，而且離子溶液具有特殊的酸性，且酸的強度可以人工調節的，可以將它的酸度從弱酸調至強酸，此外，離子溶液還可以通過對陰陽離子的設計來調節其對無機物、水、有機物以及聚合物的溶解性；第五，離子溶液的電導率比較高，而且電化學窗口大，可以作為許多物質進行電化學研究的電解液。所以從以上幾點來看，離子溶液相對傳統電解液來說具有非常明顯的優勢。

4.砜類電解液

經過長期并且嚴格的對砜類電解液的物理化學性質的實驗測試，我們可以發現砜類電解液與傳統電解液相比來說，有幾大優勢是現階段鋰電池研究所需要的。首先，砜類電解液當電壓處于5.5V以下的時候都會處于很穩定的狀態，從而有利于鋰電池的正常工作；而且砜類電解液的粘度是比較大的，熔點也比較高，還具有較高的導電率，這都是砜類電解液與其他電解液相比所特有的性質。但是這類電解液也有一些自身的缺陷，比如，它的兼容性并不是很好，而且安全性還比較低，這些都會對鋰電池產生一定的影響，需要在這些問題上對其進行更加深入的研究，以便更好的實現它的價值。

三、新型高電壓電解液用于鋰電池的研究意義

對于新型高電壓電解液具有非常重大的意義，首先從它的性能上來看，新型高電壓電解液具有很強穩定性，使它能夠維持鋰電池工作的高電壓，而且這類電解液與傳統電解液相比都有一個共同的特征，那就是他們的循環性能都比較高。從經濟方面來看，新型高電壓電解液的制作成本相對來說比較低，而且還廣泛應用于新能源領域，能夠提高它的經濟效益，促進經濟的快速平穩發展。最后，新型高電壓電解液是綠色、安全的，它的污染系數比較低，對環境的危害程度會比較小，用于鋰電池的研究之后能夠在一定程度上減少鋰電池對于環境的污染。此外，鋰電池在循環性能得到增加之后，會使電池的使用壽命增加，使得對環境的排放量也會有所減少。所以，從以上幾點來看，研究新型高電壓電解液在鋰電池方面的應用還是很有必要的，而且會有非常廣闊的應用前景。

四、小結

本文通過對傳統電解液的研究現狀進行了簡要的分析，找到的其中的問題，并據此分析了符合發展需求的新型高電壓電解液，總結了他們各自的優點和不足，并闡述了研究的意義。

參考文獻：

[1]張文林，蘭曉艷，史紫微，李春利.新型高電壓電解液用于鋰電池的研究進展[J].化學通報，2017，（11） ：1021.

[2]李斯蓉.高比能二次鋰電池電極材料制備及電化學循環機理探索[D].中國科學技術大學，2014.

[3]王志濤.超鐵電池：K_2FeO_4基陰極材料的調制和電池性能[D].大慶石油學院，2005.

[4]胡瑞.鋰離子電池高壓電解液的改性及其電化學性能的研究[D].哈爾濱工業大學，2014.