探究鋰離子電池電解液中雜質含量對電池的影響及除雜技術

王芳（天津金牛電源材料有限責任公司，天津300400）

近幾年里，鋰離子電池因其本身低污染、長壽命等特點得到了廣泛應用，電解液作為其中重要組成部分，不僅起到了存儲作用，也承擔了能量轉化的作用。研究發現，鋰電子電池電解液中存在很多雜質離子，會對其性能造成極大的負面影響。因此，需要加強對雜質含量和除雜技術的分析，以提高電池的穩定安全性。

1 鋰離子電池電解液中雜質含量實驗準備

如果想要進一步研究鋰離子電池和電解液中雜質含量的關系，需要采用不同雜質含量的電解液制備出鋰離子電池。在正式實驗前，需要制備LiMn2SO4正極材料極片以、MCMB 負極材料極片，同時完成紐扣電池的組裝。在此基礎上，對電解液性能以及電池電化學性能進行測試，主要包括以下幾個測試：電解液電導率測試、電解液酸度測試、線性福安掃描法以及電化學阻抗測試。分別利用電導率測試儀、酸度計、電化學工作站以及線性伏安掃描法等儀器和方式完成上述測試工作。

2 鋰離子電池電解液中雜質含量實驗分析

2.1 實驗基本數據

鋰離子電池可以在電動車輛、混合動力電動車輛中得到廣泛應用，但在實際生產過程中，電解液中的雜質是導致其失效的主要原因之一。有研究表明，雜質的沉積會導致電池性能鏈狀劣化，還會導致石墨電極表面形成的SEI膜被破壞，只有通過除雜技術，來抑制雜質沉積對電池循環壽命造成的影響。利用天津金牛電源材料有限責任公司提供的電解液的進行實驗，為了更好的進行對比分析，其中一組電解液中含有30mgL-1的雜質濃度，另一組則完全不含雜質，通過具體配置工作，讓電解液中雜質含量分別保持在：0mgL-1、20mgL-1、34.5mgL-1、51.5mgL-1、70.5mgL-1這幾個層次，并且對制備好的電池進行測試。按照前文的實驗測試順序，分別完成了電解液性能以及電池電化學性能測試、電極表面形貌和組分測試。

2.2 數據結果分析

2.2.1普通的電解液電池

根據實際結果情況來看，不含雜質的電解液半電池更具穩定性，經過50個循環后，不含雜質電解液的半電池容量保持率為87.8%，而含有雜質電解液的半電池容量為48.9%。由此可知，雜質的存在導致了嚴重的容量衰減。造成這一情況的主要原因在于雜質的增加，會產生副反應，從而讓電荷消失速度加快，容量衰減，不僅如此，不含雜質電解液的半電池初始放電容量和充電容量分別為381.3mAhg-1以及301.3mAhg-1，其中含有不可逆容量損失為80mAhg-1，而含有雜質電解液的半電池初始放電容量和充電容量分別為371.5mAhg-1以及293mAhg-1，其中含有不可逆容量損失為78.5mAhg-1，經過50 個循環后，這種差異逐漸加大，最終不可逆損失分別達到35.3mAhg-1以及4.5mAhg-1。在對SEI 膜阻抗進行調查過程中發現，不含雜質電解液的SEI 膜阻抗為297.6Ω，而含有雜質電解液的半電池容量為972.12Ω。根據這一數據可以看出，含有雜質的電解液明顯增加了界面阻抗。總的來說，含有雜質的電解液并不利于電池制備工作，會對電池的正常使用造成嚴重的負面影響。

2.2.2 LiBOB-SL/DEC電解液電池

在上述內容的基礎上，進一步分析不同雜質含量的Li?BOB-SL/DEC 電解液體系對電池容量衰減、電池EIS 以及電極表面SEI 膜進行分析。根據實際情況上看，這一電解液相比較上述電解液的放電容量更加穩定。由此可知，LiBOB-SL/DEC電解液可以有效抑制雜質在石墨電極表面沉積，雖然依然放電容量依然有一定程度的降低，但整體上看，效果得到發幅度改善，電解液的氧化分解被充分抑制，充放電率借鑒100%。從具體數據可知，當放電率為0.2C時，LiBOB-SL/DEC電解液中的雜質含量分別為：0mgL-1、20mgL-1、34.5mgL-1、51.5mgL-1、70.5mgL-1時，放電容量分別保持在98%、95%、92%、86%、80%。然后在失穩狀態下，進一步分析雜質含量對電化學阻抗帶來影響，根據具體數據來看，不含雜質LiBOB-SL/DEC 電解液SEI 膜阻抗為560Ω。由此可以愛看胡扯，雖然起到，而一定的抑制作用，但隨著雜質含量的增加，依然會出現一定的影響，但相比較普通的電解液來看，LiBOB-SL/DEC電解液可以形成有效的保護膜，抑制雜質沉積。

3 鋰離子電池電解液的除雜技術對策分析

3.1 Li2SO4預處理

鋰離子電池如果想要得到更好的應用，就要優化電解液體系，根據上述實驗結果已經證明SEI 膜改性可以有效降低雜質的負面影響，改善電極損傷情況，并且提高長期循環能力。因此，本文提出在石墨陽極上進行Li2SO4預處理，從而有效提高循環性能，切實抑制雜質對電池性能產生破壞和影響。根據具體實驗測試情況來看，利用噴霧沉積技術，配合Li2SO4水溶液對石墨電極表面進行預處理后，不僅循環性能和容量保持率得到有效提高，界面阻抗也相對較低。從實際情況上看，預處理后，雜質含量下降，都具有了非常明顯充放電平臺，預處理后的石墨電極半電池的初始放電容量和充電容量分別為313.5mAhg-1以及253mAhg-1，由此可知每個循環的平均衰減容量為1.0mAhg-1。沒有經過預處理的石墨電極半電池的初始放電容量和充電容量分別為329.5mAhg-1以及168.8mAhg-1，由此可知每個循環的平均衰減容量為4.0mAhg-1。需要注意的是，前者經歷了60 個循環，而后者僅經歷了40 個循環。根據具體的電化學性能測試、阻抗測試、SEI膜形貌分析以及SEI膜的成分分析情況來看，經過Li2SO4預處理后的石墨電極，其表面的SEI 膜薄而穩定且富有彈性電化學性能得到根本上的提高，也能夠更好的適應電化學體積變化。

3.2 鋰化分子篩

除了利用Li2SO4預處理石墨電極之外，在制備過程中，也可以采取一些脫出基礎，但在脫除雜質的過程中很有可能會引入大量的鈉離子，可以采用鋰化分子篩，利用其篩除雜質。在此基礎上，讓其和六氟磷酸鋰進行反映，會讓氟化氫進行初步的脫除，同時，其他金屬離子也會和鋰化分子篩的鋰離子發生交換，進一步降低離子含量。切實保證有機電解液中的水含量小于0.002%。為了保證雜質篩除效果，可以對相應的雜質進行檢測，避免除雜工作出現問題。

3.3 除雜裝置

除了上述兩種方式之外，還可以利用電解液連續凈化除雜裝置，利用注液槽、吸附球、凈化柱、沉降池、集液桶和除氣泡等機械結構，完成高效的除雜工作技術。有機電解液作為鋰離子電池最為重要的組成部分，加強其雜質凈化能力，提高電池電化學性能，是現階段的重點，可以有效避免整個電池遭到破壞。具體的工作流程如下：第一步，將待凈化除雜的電解液注入到注液槽內，然后液體就會依次經過吸附球、凈化柱和沉降池等結構，此時電解液中的雜質就會被吸附去除。第二步，在循環泵的作用下，經過一次凈化的電解液重新回到注液槽內，再次進行凈化，如此循環反復。第三步，凈化除雜完成的電解液進入到集液桶中，經過除氣泡裝置去除電解液中氣泡，此時電解液中的雜質基本降至最低。

4 結語

綜上所述，如果鋰離子電池電解液中雜質含量過高，就會導致電池容量瞬間，還會對電池EIS 以及電極表面SEI 膜形態和組分造成負面影響。可以利用Li2SO4預處理石墨電極，來提高電池循環性能，抑制電解液中雜質對電池性能的破壞，讓鋰離子電池可以實現持續發展，在大型能量存儲系統市場中得到應用。