锂电池电解液一般由锂盐和有机溶剂组成,电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料,在一定条件下、按一定比例配制而成的;小编将在本文中为您介绍锂电池电解液中几种典型的锂盐及其生产工艺技术。
1、锂电池电解液的构成
2、锂电池的工作原理
3、几种典型的锂盐
1)六氟磷酸锂liFP6:六氟磷酸锂,是一种无机化合物,化学式为LiPF6,为白色结晶性粉末,易溶于水、溶于低浓度甲醇、乙醇、丙酮、碳酸酯类等有机溶剂,具有良好的离子电导率和电化学稳定性,在某些溶剂中能够形成对铝集流体和石墨负极有保护作用的电解质界面,因而能被用作锂离子电池电解质材料,目前六氟磷酸锂已成为锂离子电池使用的最主要电解质锂盐。 (1)生产工艺:现阶段,六氟磷酸锂的合成方法主要有气固反应法、氟化氢溶剂法、有机溶剂法和离子交换法,其中氟化氢溶剂法是目前国内应用最为广泛的六氟磷酸锂制备方法;氟化氢溶剂法是将氟化锂溶解在无水氟化氢中形成LiF·HF溶液,再通入高纯PF5气体进行反应,从而得到六氟磷酸锂晶体,再经过分离、干燥得到六氟磷酸锂产品。 (2)发展现状:六氟磷酸锂是最常用的电解液锂盐,锂盐成本占电解液成本50%左右,随着锂离子电池的大规模使用,近年来,巨化股份、三美股份、多氟多、天赐材料等企业纷纷加码扩产六氟磷酸锂;截止到2022年底,我国六氟磷酸锂产能、产量已分别增加至22万吨、13.21万吨。高技术壁垒致使六氟磷酸锂生产企业数量较少,行业竞争格局集中且稳定;目前国内六氟磷酸锂厂商主要有天赐材料、多氟多、天际股份(江苏新泰材料)、永太科技、胜华新材等。
2)四氟硼酸锂LiBF4:四氟硼酸锂LiBF4具有相对较小的阴离子半径(0.227 nm),因此,该电解质锂盐与锂离子具有相对较弱的配位能力,在有机溶剂中容易解离,从而有助于提高锂电池电导率,从而提高电池性能。然而,正是由于其阴离子具有相对较小的半径,极易与电解液中的有机溶剂发生配位,从而也导致锂离子电导率相对较低,因此LiBF4也极少用于常温锂电池,但是LiBF4具有相对较高的热稳定性,在高温下不易分解,因此常用于高温锂电池中;与此同时,在低温条件下,LiBF4也表现出很好的电池性能,这主要是由于低温条件下基于LiBF4的电解液表现出更小的界面阻抗;除此之外,LiBF4对于集流体Al具有一定的耐腐蚀性,因此,LiBF4常用作锂离子电池电解液添加剂,从而提高电解液对集流体Al的腐蚀电位。
(1)生产工艺:目前,四氟硼酸锂的制备方法主要有固相-气相接触法、非水溶液法、水溶液法和离子交换法。 a.固相-气相接触法是在高温下以基础锂盐为原料进行合成,该方法对设备要求较高,过程控制要求严格,合成难度大,反应效率低,难以实现规模化生产。 b.非水溶液法是将氟化锂在有机溶剂中形成悬浊液,与BF3反应生成LiBF4,但该方法由于使用有机溶剂,反应过程中有副反应产生,从而会影响产品品质。 c.水溶液法采用硼酸与HF水溶液反应制备四氟硼酸,再与碳酸盐反应得到四氟硼酸锂溶液,经浓缩、结晶、干燥得到产品,然而采用该方法制备的过程中,四氟硼酸锂以一水或三水化合物的形式存在,产品纯度低,并且干燥脱水困难。 d.离子交换法利用四氟硼酸钾等与四氟硼酸锂溶解度的不同得到粗产品,经进一步重结晶得到合格产品。 (2)发展现状:在我国市场中,四氟硼酸锂生产企业主要有苏州佛赛新材料有限公司、多氟多新材料股份有限公司、上海中锂实业有限公司等;在新能源汽车、移动终端、电动工具、无线家电等市场持续增长的情况下,2022年,我国锂离子电池出货量接近658GWh,且仍保持快速上升态势,四氟硼酸锂作为传统锂离子电池电解液六氟磷酸锂的优秀替代品,未来发展前景广阔。
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