摘要：隨著科學技術的不斷發展，對于鋰離子電池的發展也在不斷的完善。鋰離子電池是一種二次電池體系，使用壽命較長，環境污染較小，使用溫度范圍較寬，因此，在日常生活中得到了廣泛應用。在此背景下，文章針對鋰離子電池電解液中雜質含量對電池的影響及除雜技術進行具體分析，以供參考。

　　關鍵詞：鋰離子電池;電解液;雜質含量;電池影響;除雜技術

　　能源方向評職知識：電池性能分析論文發表的期刊

　　電源技術(月刊)創刊于1977年，是信息產業部電源專業情報網網刊，中國電子科技集團公司第十八研究所主辦，信息產業部主管，國家科技部(原國家科委)批準，屬于全國性的技術類科技期刊。主要服務對象是從事化學與物理電源研究、研制、生產的科技工作者，科技管理工作者，有關專業的高等院校師生及部分用戶，與電源相關行業的研究、研制、生產者。

　　引言

　　目前，鋰離子電池已經廣泛應用于電子產品、電動汽車、通訊、電力系統等領域，電解液作為鋰離子電池的“血液”，在鋰電池中起到傳導正、負極電荷的作用。目前市場上最普遍的鋰離子電池用電解液是由電池級碳酸脂類溶劑、六氟磷磷酸鋰和一些功能型添加劑按配方比例配制而成。常用的碳酸脂類溶劑有DMC碳酸二甲酯)、EMC(碳酸甲乙酯)、DEC(碳酸二乙酯)、PC(碳酸丙烯酯)、EC(碳酸乙烯酯)[2]。電解液的配方組成、含水量、氫氟酸、金屬雜質離子的含量影響著電池的高低溫性能、容量、使用壽命、安全性等。本文通過水分和雜質離子對電解液的影響和除雜技術做出了具體的闡述。

　　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水分和雜質離子對電解液的影響

　　2.1水和氟化氫含量對有機電解液性能的影響

　　水和氟化氫的含量是影響有機電解液性能最重要的因素,水和氟化氫的含量對鋰離子電池性能的影響,可分為對電極表面SEI膜(固體電解質相界面膜)的影響和對電解液自身穩定性的影響兩個方面。痕量水和氟化氫在電池的首次充放電過程中將是電極表面的還原產物烷基碳酸鋰反應生成碳酸鋰和氟化鋰等或與金屬鋰反應生成氧化鋰、碳酸鋰和氟化鋰等作為SEI膜的組分覆蓋在電極表面上[1]。碳酸鋰不溶于有機溶劑,具有較好的鋰離子可尋性,是形成具有優良性能的SEI膜的重要組分。

　　氧化鋰和氟化鋰是熱力學穩定的SEI膜組分,對穩定碳酸鋰等其它SEI膜組分具有重要的意義。有研究工作表明DMC基電解液中痕量水分的出現不僅對石墨電極的性能沒有任何破壞,反而會有很大程度地提高。因此從這一方面講,有機電解液中痕量水和氟化氫的存在是有一定作用的。

　　當有機電解液中水和氟化氫的含量較高時,水和氟化氫會與鋰反應,一方面消耗掉電池中有限的鋰離子,從而使電池的不可逆容量增大,另一方面反應產物中大量出現氧化鋰和氟化鋰對電極電化學性能的改善不利,同時前述反應中會有氣體產物產生導致電池內壓力增大。隨著有機電解液中水和氟化氫含量的增加,鋰離子電池的充放電、循環效率等性能將明顯下降,當含量超過0.1%時,鋰離子電池將被完全破壞。

　　2.2鐵、鎳、鈉、鋁鹽等金屬雜質離子對有機電解液性能的影響

　　金屬雜質離子具有比鋰離子低的還原電位,因此在充電過程中,金屬雜質離子將首先嵌入碳負極中,減少了鋰離子嵌入的位置,因此減少了鋰離子電池的可逆容量。高濃度的金屬雜質離子的含量不僅會導致鋰離子電池可逆比容量下降,而且金屬雜質離子的析出還可能導致石墨電極表面無法形成有效的鈍化層,使整個電池遭到破壞[1]。但鋰離子半徑較小,鋰離子在石墨層間的遷移速率大于其它金屬離子,因此低濃度的金屬雜質離子對電池性能影響不大,因此一般要求有機電解液中各金屬雜質離子的含量小于0.007%。

　　2.3含有活潑氫原子的有機物質的影響

　　分子中含有活潑氫原子的有機酸、醇、醛、酮等物質，在電池的首次充放電過程中，生成羧酸鋰或烷氧基鋰等化合物，這些物質在有機溶劑中具有一定的溶解度，他們一方面會導致SEL膜的不穩定性，降低鋰離子的傳導性，降低了電池的循環效率;另一方面，它們與金屬鋰的反應增大了電池的不可逆容量。

　　胺和酰胺類在充放電過程中會發生聚合作用，使電解液的電導率降低。同時這些物質還會與六氟磷酸鋰發生反應，生成氟化氫。筆者最近研究有機電解液中甲醇雜質對石墨電極性能的影響發現，當有機電解液中的甲醇含量超過0.5%時，石墨電極的充放電循環可逆性將遭到完全的破壞，當甲醇含量小于0.1%時，雖然石墨電極的充放電循環可逆性未受到影響，但首次充放電循環過程的不可逆容量明顯增大。由以上分析可知，有機電解液中含有活潑氫原子的雜質的量越小，越有利于電池性能的改善。

　　3鋰離子電池電解液的除雜技術對策

　　3.1有機電解液中雜質的脫除

　　由于分子篩具有離子交換功能,如果將普通的4A或5A分子篩用于有機電解液中雜質的脫除,將會在有機電解液中引入大量的鈉離子,因此在有機電解液中的雜質脫除過程中,必須使用鋰化分子篩。鋰化分子篩可通過用濃度在1md/L左右LiClO4或LiF的乙醇溶液與普通4A或5A型分子篩相互接觸制得。有機電解液經過鋰化分子篩除雜后,可將電解液配制過程和六氟磷酸鋰中引入的水得到進一步的脫除,氟化氫也會得到初步的脫除,同時分子篩具有離子交換能力,可使電解液中含量較高的其他金屬離子與鋰化分子篩中的鋰發生交換,從而降低了有機電解液中其他金屬雜質離子的含量。經過上述純化過程后,可以保證有機電解液中的水含量小于0.005%,金屬離子雜質含量小于0.003%。

　　3.2Li2SO4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。

　　結語

　　綜述，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。

　　參考文獻

　　[1]趙震,孟慶義.鋰離子電池電解液中雜質的影響及其脫除[J].山東化工.2003(03).

　　[2]孫婧軒.電解液添加劑對硅基負極性能影響的研究[D].哈爾濱工程大學,2019.