锂离子电池电解液SEI成膜添加剂的研究进展

稳定的固体电解质界面（SEI）是提高锂离子电池电化学性能的关键,用电解液添加剂是改善锂离子电池性能最经济有效的方法之一。本文综述了近五年间包括不饱和酯化合物、含硫化合物、锂盐、无机化合物等作为电解液成膜添加剂在锂离子电池中的研究进展和作用机理,对它们的优缺点进行了评价,最后进行了总结和展望。未来成膜类添加剂的研究思路应该为：（1）应以有机物种为主,能够形成弹性模量小的SEI膜,便于适应阳极材料产生的膨胀行为。（2）添加剂要尽量保证形成的SEI膜与石墨等阳极材料产生良好的黏结,因此添加剂形成的聚合物的聚合度不能太小。（3）在没有性能极其优秀的成膜添加剂出现之前,添加剂的分子结构可以在现有的添加剂的基础上进行结构的优化或者官能团的设计。（4）重点攻关当前添加剂的应用的问题,提高添加剂的合成技术,降低合成成本。     

锂离子电池硅基负极电解液成膜添加剂的研究进展

锂离子电池是能源储存和利用的一项关键技术,能量密度已成为现代电池发展中的一个关键指标。硅基负极由于其较高的理论比容量,得到广泛关注,但硅基材料存在严重的体积膨胀问题。功能性添加剂对电池性能有明显的改善效果,是电解液体系不可缺少的部分,具有“用量小,见效快”的特点,通过成膜添加剂形成稳定的固态电解质界面（SEI）膜进而稳定电极电解液界面,改善硅基负极电池性能。本文总结了近年来硅基负极电解液成膜添加剂的研究进展,对成膜添加剂按照官能团或元素进行分类论述,并对多组分成膜添加剂的协同作用进行了简要阐述。最后,针对目前硅基负极电解液添加剂的研究现状进行了总结,并展望了未来的研究方向。     

有机电解液在锂离子电池中的充放电机理

讨论了锂离子电池充放电过程中有机电解液的电化学行为,研究发现,有机电解液会在电极活性材料表面发生电化学反应而形成聚合物钝化层(SEI膜),其厚度和疏密性与电解液的组成及充放电制度有关;其组成和电化学性能还将直接影响锂离子电池的充放电容量和循环寿命。通过改变电解液的导电锂盐成分、有机溶剂组成和加入极性添加剂等方法可优化电解液的电化学特性,从而可有效控制该钝化层的成膜过程、膜组成与膜结构,提高锂离子电池的充放电及循环性能。     

锂离子电池电解液防过充添加剂研究进展

综述了锂离子二次电池防过充添加剂的原理及分类。氧化还原对添加剂包括金属茂化合物、聚吡啶络合物、噻蒽及其衍生物、茴香苯及其衍生物、茴香醚及其衍生物等;电聚合添加剂包括联苯、环己苯、酯类及其衍生物、N-苯基等。介绍了这两类添加剂的过充保护机理和相关性能,展望了防过充添加剂的发展趋势。     

锂离子电池电解液及功能添加剂的研究进展

从电解液的组成和功能添加剂两大方面,综合阐述了锂离子电池电解液的研究进展。在电解液组成方面,找到具有高的介电常数和能在石墨类电极表面形成有效SEI的有机溶剂,并且找到具有良好电导率、稳定电化学性能的电解质。而电解液功能添加剂方面,重点研究是找到改善电池安全性能的添加剂。     

锂离子电池安全添加剂的研究进展

锂离子电池具有高能量密度和良好的循环性能,是目前最为理想的动力电源储能体系。然而,由于大容量和高功率锂离子电池技术尚未成熟,存在安全隐患,导致其商业化应用受到了很大程度的限制。锂离子电池的安全问题主要有机械力破坏、异常充电、气体积聚和热失控等,本文分析了上述危险因素产生的原因以及抑制的方法。在这些增强电池安全性的方法中,使用安全添加剂是最为经济有效的手段,但要在电解液中找到一种对电池具有高安全性能且不牺牲其他性能的实用添加剂并不容易,未来同时具备多功能的添加剂将会是对电池性能提升最有希望的研究方向。本文分析了成膜添加剂、阻燃添加剂和防过充添加剂的作用机理,并对相关领域的发展方向进行了展望。     

锂离子电池固态电解质的研究进展

固态锂离子电池具有安全性能高、能量密度大、工作温区广等优点,是锂离子电池领域的研究热点。固体电解质的研究是固态锂离子电池实现应用的先决条件,目前国内外研究较多的有晶态的LISICON结构、钙钛矿结构、石榴石结构电解质和非晶态的氧化物、硫化物、氮氧化物电解质。概述了锂离子电池固态电解质的研究进展,对各种电解质的发现过程、晶体结构、电导率等性能进行了详细的介绍。     

锂离子电池首次充、放电时石墨负电极与电解液界面所发生的反应

采用恒电流充、放电——原位XRD法对锂离子电池（LIB）首次充、放电过程进行了研究。实验结果表明，LIB首次充电时电解液于石墨负电极的界面处发生还原反应，生成了电子不可导而锂离子可导的固体电解质中介相（SEI）薄膜。FTIR分析结果证明SEI膜系由无定形碳酸锂和烷基碳酸锂组成。恒电流充、放电实验和循环伏安实验结果表明，如果所选择的电解液（例如EC基电解液）在石墨负电极表面的还原反应很缓和，反应中所产生气体的量和速率很小，则在石墨负电极表面将形成薄而致密的SEI膜。薄而致密的SEI膜所消耗的Li^＋量小，可以降低首次充电时的不可逆容量，同时减小Li^＋对石墨进行插层和脱层时的阻力，增大LIB的充、放电容量，提高充、放电效率。     

锂离子电池固态电解质的研究进展

固态锂离子电池具有安全性能高、能量密度大、工作温区广等优点,是锂离子电池领域的研究热点。固体电解质的研究是固态锂离子电池实现应用的先决条件,目前国内外研究较多的有晶态的LISICON结构、钙钛矿结构、石榴石结构电解质和非晶态的氧化物、硫化物、氮氧化物电解质。概述了锂离子电池固态电解质的研究进展,对各种电解质的发现过程、晶体结构、电导率等性能进行了详细的介绍。     

聚合物锂离子电池的研究进展

介绍了聚合物电解质的开发过程、分类、导电机理和研究方法以及聚合物电解质存在的问题.综述分析了提高导电聚合物电解质离子电导率的途径,并讨论了今后聚合物电解质的发展方向.     

锂离子电池低温电解液的研究进展

分析了从溶剂、锂盐和添加剂3个方面对电解液低温性能进行改进技术的研究现状.首先比较了乙烯碳酸酯(EC)基和丙烯碳酸酯(PC)基溶剂的低温性能,并针对这两类有机电解液的电化学和低温特性的改进,详细论述了几种重要的方法和措施,得出有机溶剂优化和添加剂的使用是提高电解液低温性能的有效手段的重要结论.最后指出了锂离子电池电解液低温性能的研究方向和应用前景.     

锂离子电池用增强型凝胶聚合物电解质

用相转移法制备无纺布增强型聚偏氟乙烯-六氟丙烯聚合物电解质,用扫描电子显微镜和循环伏安对所制聚合物膜性能进行表征,用充放电实验和交流阻抗测试聚合物电池的电化学性质。结果表明：无纺布增强后的聚合物电解质电化学稳定窗口超过5.0 V,室温离子电导率达到2.3 mS/cm,机械强度大幅度提高,以此制备的聚合物电池阻抗降低,充放电时界面阻抗稳定,循环性能得以提高。     

Mathematical modelling of ionic transport in the electrolyte of Li-ion batteries

The ionic conductivity of the organic electrolyte in Li-ion batteries has been modelled. The classical one-dimensional Nernst-Planck approach results in a system of two non-linear parabolic second-order partial differential equations. It is shown that under electro-neutrality conditions this complex system of equations can be reduced to simple diffusion equations with modified diffusion coefficient, facilitating the efficient use of numerical methods. As a result, detailed information about transient and steady-state behaviour of the electrolyte is revealed, including potential gradients and the diffusion and migration fluxes for both Li⁺ and ions. Furthermore, an extension of the basic model is presented, taking into account salt dissociation in the electrolyte. The most characteristics of ionic transportation are illustrated with realistic examples of constant-current (dis)charging Li-ion batteries. Some of the numerical simulations are compared with recently reported experimental results.     

Surface chemistry of intermetallic AlSb-anodes for Li-ion batteries

The solid electrolyte interphase (SEI) layer on AlSb electrodes has been studied in Li/AlSb cells containing a LiPF₆ EC/DEC electrolyte using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Data were collected before SEI-formation, during formation, and after formation at 0.01 V versus Li⁰/Li⁺, and at full delithiation in cycled cells at 1.20 V. The thickness of the SEI layer increases during lithiation and decreases during delithiation. This dynamic behaviour occurs continuously on cycling the cells. The growth of the SEI layer can be attributed predominantly to the deposition of carbonaceous species below 0.50 V versus Li⁰/Li⁺; these species disappear almost completely during delithiation. The extra surface-layer formation is a consequence of the additional charge that is needed to lithiate the remaining Sb component of the micrometer-sized AlSb particles at low potentials as seen by synchrotron-based X-ray diffraction. Aluminium is not reactive to lithium alloying in this electrolyte. Relatively small amounts of LiF were detected in the AlSb SEI layers compared to that commonly found in the SEI layers on graphite electrodes.     

Possible use of methylbenzenes as electrolyte additives for improving the overcharge tolerances of Li-ion batteries

Based on the voltammetric behaviour of a series of methyl-substituted benzenes in 1M LiPF₆/EC-DMC electrolyte, xylene was selected and tested as an electrolyte additive for overcharge protection of Li-ion batteries. From the overcharge curves, CV behaviour and SEM observations of the cells in the presence of xylene, it was found that the additive can polymerize at the overcharged voltage to form a dense layer of isolating polymer film at the cathode surface, which blocks off further oxidation of the electroactive material and electrolyte and, therefore, improves the overcharge tolerance of the Li-ion battery. In addition, the xylene additive has shown only a slight influence on the cycling behaviour.     

聚合物基镁离子固态电解质的研究进展Q

镁离子电池因其比容量高、资源丰富、环境友好、安全性高(无枝晶)等优势,在储能电池领域脱颖而出.然而,镁金属负极在液态电解质中易钝化,导致其电化学性能不佳.因此,开发高效适用的固态电解质对实现高性能、实用化镁离子电池至关重要.聚合物电解质具有优异的机械稳定性、电化学稳定性、热稳定性且离子电导率高、成本低.但镁离子较高的电荷密度和较强的溶剂化作用限制了其在固态电解质中的解离与扩散.从纯固态聚合物电解质、凝胶聚合物电解质、复合聚合物电解质3个方面综述了国内外聚合物基镁离子固态电解质的离子电导率对解决镁金属负极钝化效应的贡献及其应用研究进展,指出聚合物基镁离子固态电解质当前面临的挑战并对其研究方向进行了建议和展望.