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总结低温锂离子启动电池用电解液及电极材

来源：蓝泰阳作者：Bluetaiyang浏览次数：868发布时间：2022-04-16 16:16:38

总结低温锂离子启动电池用电解液及电极材

普通锂离子电池低温性能差，在极寒条件（一40℃以下）几乎无法充放电。为此，亟需开发出功率密
度高、低温放电性能优异的新型锂离子启动电池。锂离子电池低温性能受电解液和正负极材料影响。
开发低温锂离子启动电池，首先要从电解液和正、负极材料改性入手，以提升锂离子电池的低温放电容量、功率密度、循环寿命等性能。

锂电池低温性能主要与电解液的低温导电能力、锂离子在活性电极材料中的扩散献力、电极界面性质
有关。电解液、正极材料、导电剂和粘结剂对锂离子及电子的迁移有较大的影响。

锂离子电池低温性能差的原因主要有以下几个方面∶
（1）低温下电解液的黏度增大，甚至部分变为凝固态，致使离子电导率显著降低;
（2）低温下电解液与负极、隔膜的相容性变差，影响锂离子的正常传输;
（3）低温下锂离子在活性电极材料内部的扩散能力下降，电荷转移阻抗显著增大;
（4）低温下负极易析锂，析出的锂易与电解液反应，其产物沉积导致电极 - 电解质界面膜（SEI）厚度增加。

因此，为提升锂离子启动电池的低温性能，应主要从以下几方面展开工作∶
（1）提升电解液在低温条件下的离子电导率;
（2）提高低温下锂离子在活性物质中的扩散能力;
（3）在电极-电解质界面形成薄且致密的 SEI 膜。

本文综述了从电解液、正极材料和负极材料等方面提升锂离子电池低温性能的研究进展，并据此对电解液和电极材料在低温锂离子启动电池中的应用进行了展望。

一、低温电解液的研究及应用展望

电解液对锂离子电池低温放电性能的影响最为显著，故在对低温锂离子电池的研宝报道中，关键技术是
提高电解液的低温离子导电能力。

1.1 溶剂

低温条件下，电解液导电能力下降的主要原因是部分溶剂的凝固，导致锂离子迁移困难。因此，提高电
解液低温导电能力的关键在于抑制低温下溶剂的凝固。这可通过优化溶剂来解决。

采用多元溶剂组成的电解液是改善电解液低温性能的重要手段。Plichta等制备了三元溶剂低温电解液
（LiPF/EC/DMC/EMC），所组装的电池在-40℃下仍可正常工作。这种电解液对正极集流体铝的腐蚀较弱，电池循环稳定性较好。在该溶剂组分中，EYC对提高电解液的低温导电能力具有显著的作用。现在国内外主要的电解液企业已把这一组成的电解液作为通用的商业化锂离子电池电解液。但是这种电解液的低温倍率放电不佳，且在更低的温度（小于一 50℃）环境中已不能放电。

1.2 溶质

低温条件下，电解液溶质的电化学反应活性影响锂离子电池的低温放电性，读这也是选择低温锂察子由
池溶质的依据。溶质的低温反应活性的强弱也不是孤立的，需与合适的溶剂组分配合，才能发挥其低温
放电性能。提高溶质离子的解离常数与电化学反应活性是开发低温锂离子启动电池用电解液溶质的需要努力的方向。
LiPF6电化学性能稳定，易溶于有机溶剂，是最常用的溶质，但在电池使用过程中遇水易分解为LiF和
HF，且在低温下生成的SEI膜阻抗过大限制了其在低温条件下的应用。LiBF4和LiBOB的电荷转移阻抗较
低，目前被广泛用于锂离子电池低温性能的改善研究。LiBF4具有热稳定性好、电荷转移阻抗小的优点，但其成膜效果较差，溶剂易嵌入负极石墨层间，导致石墨结构塌陷并从集流体剥落。LiBOB因具有良好的成膜性、耐过充性和价格便宜等优点受到研究人员的关注。在 PC基溶剂中，LiBOB能够在负极界面生成稳定的SEI膜，但它却难溶于链状碳酸酯，导致低温下电解液黏度较高，在-50℃已无容量，因此LiBOB常被用作锂盐的添加剂。

1.3 添加剂

某些电解液添加剂的加入可提高SEI膜的导电性及稳定性，从而改善锂离子电池的低温性能。因此，电
解液添加剂的选择和优化也是提升低温锂离子启动电池性能的重要环节。碳酸亚乙烯酯（VC）是一种较常
用的添加剂。Aurbach等探究了VC添加剂加入电解液改善电池低温性能的机理; 少量VW加入后，电极界面导电性与稳定性得以提升，从而提高了锂离子电池的低温性能。

二、正极材料低温特性的研究及应用展望
早期的研究主要集中在改良电解液的低温特性。随着研究的深入，人们发现，锂离子在正极材料中的扩散能力在很大程度上影响着电池的低温性能。从而，有研究者从正极材料着手改善低温锂离子启动电池的性能。

三、负极材料低温特性的研究及应用展望
低温环境下锂离子电池负极材料反应活性下降，极化严重，负极表面金属锂大量沉积，从而严重影响电池的低温性能。因此，改善锂离子启动电池的低温性能，应解决低温下负极材料电荷转移阻抗增大以及锂离子扩散系数减小的问题。