有关新能源研究，我们为你总结了这些
X-Mol
时间:19/11/05

经过多年的发展，新能源从理论到应用，与我们的生活更加亲密，发展更加多元。最近一次的诺贝尔化学奖还颁给了锂电池领域。那么趁着锂电的热度还在，我们也来说说锂离子电池的相关研究，帮助想做或正在做这方面研究的小伙伴梳理梳理。


锂离子电池研究的另一核心试剂

——电解液


近年来，锂离子电池(LIB)的应用已从传统用途的移动设备(如智能手机，平板电脑等)的电源扩展到电动汽车(EV)电池系统和电力存储。 LIB的最大优点是其高工作电压和高能量密度。 LIB的主要成分是正极，负极，隔膜和电解液。


正极和负极材料的研究已经开展了好多年,但是直到1997年1,2,3,4推出Purelyte®功能性电解液之前，对电解液的研究一直很少引起关注。近年来对电解液及其添加剂的研究日益增强，这是目前LIB技术的核心要素之一,也是LIB技术进步的主要推动力。为了加速LIB的研究，Sigma-Aldrich®最近推出了各种电池级即用型电解液(表1和表2)。


表 1: 1.0M LiPF6 电池级别电解液 (H2O <15ppm; HF < 50 ppm; APHA < 50)

Product Name

Sigma-Aldrich®Product Number

1.0M LiPF6 in EC/DMC=50/50 (v/v)

746711

1.0M LiPF6 in EC/EMC=50/50 (v/v)

746738

1.0M LiPF6 in EC/DEC=50/50 (v/v)

746746

1.0M LiPF6 in DMC

746754

1.0M LiPF6 in EMC

746762

1.0M LiPF6 in DEC

746770

1.0M LiPF6 in PC

746789


表2:高浓度LiPF6 电池级别电解液 (H2O <15ppm; HF < 50 ppm; APHA < 50)

Product Name

Sigma-Aldrich®Product Number

2.0M LiPF6 in EC/DMC=50/50 (v/v)

809357

2.0M LiPF6 in EC/EMC=50/50 (v/v)

809365

2.0M LiPF6 in EC/DEC=50/50 (v/v)

809349

2.0M LiPF6 in DMC

809411

2.0M LiPF6 in EMC

809403

2.0M LiPF6 in DEC

809543

2.0M LiPF6 in PC

809470



高纯度电池级别电解液


大约15年前，LIB中使用的大多数电解液的纯度都比较低。然后，随着时间的流逝，电解液中水分和LiPF6之间的反应会导致HF浓度增加，其中一些电解液在存储过程中会变色为红棕色。现在，使用透明的高纯度电解液已成为行业标准，因为它们的化学稳定性高，并且长时间内HF浓度不会变化(图1)5。

图 1. 高纯度电解液和常规电解液中HF浓度随时间变化对比。 (HF浓度的变化会导致常规电解质的颜色发生变化。)


电池级溶剂与添加剂


除了高质量的电解液外，电池级溶剂和添加剂对锂离子电池研究人员也很重要。这些电池级别溶剂(表3)用于调节电池级电解液的浓度(代表性示例请参见图3)，同样也可以用作各种类型电池分析的清洁溶剂。在LIB中，添加剂(表4)用于改善电池性能，例如保护正极或负极，过充电保护和抑制金属洗脱。表46-13总结了不同添加剂在LIB中的作用。


表3:电池级别溶剂 (纯度 > 99%, H2O < 10 ppm, Acid Value < 10 ppm)

Solvent

EC

CAS No.

96-49-1

Sigma-Aldrich® Product Number

809950

Structure

PC

DMC

108-32-7

616-38-6

809969

809942

EMC

DEC

623-53-0

105-58-8

809934

900018

FEC

114435-02-8

-

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表4: 电池级别添加剂 (纯度 > 99.5%, H2O < 100 ppm, acid content < 200 ppm)

Name

Vinylene carbonate

CAS No.

872-36-6

Function

Protection of Anode

Sigma-Aldrich® Product Number

809977

Structure

1,3-Propane sultone

2-Propynyl methanesulfonate

1120-71-4

16156-58-4

Protection of Cathode

Protection of Anode

809985

809993

Cyclohexylbenzene

t-Amyl benzene

827-52-1

2049-95-8

Overcharge prevention

Overcharge prevention

810002

900001

Adiponitrile

111-69-3

Suppression of metal elution

900020

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电池级别电解液的定制


研究人员经常需要定制电解液成分。通过在无水气氛下混合定量的标准电解液(表1和2)和/或溶剂(表3)，可以轻松地将Sigma-Aldrich®标准电解液混合以得到所需的成分。图3-4展示了制备一些定制的电解液组合物的示意图。应当注意，基于LiPF6的电解液暴露于湿气触发了LiPF6的分解，这导致了HF的产生和电解液的劣化。因此，无水条件对于进行上述调整是必不可少的。

调整成分的步骤如下：

1.确定所需溶剂组成。

2.在无水条件下(例如在手套箱中)将装有相应试剂的包装开封。

3.称量所需量的试剂，然后在金属，塑料或其它非玻璃容器中进行调整。

图2. 使用表1中的试剂制备定制电解液组合物(浓度为1.0M LiPF6)的示例


图3. 示意图说明了其他电解液配方的制备(调节LiPF6浓度)


图4.制备含有添加剂的电解液的示意图


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当然，除了锂电池，我们还有用于诸如用于太阳能、氢能等新能源研究的材料，想要了解更多其他新能源的信息，请戳以下视频，新知识get起来~

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