锂离子电池电解液溶剂总结

锂离子电池电解液溶剂及配比的一些汇总分享给大家，欢迎共同讨论学习

一款好的电解液应该具备如下特点：

It should be able to dissolve salts to sufficient concentration. In other words, it should have a high dielectric constant.（高介电常数→高的盐浓度）
It should be fluid (low viscosity ), so that facile ion transport can occur. （低粘度→高离子传导性）
It should remain inert to all cell components, especially the charged surfaces of the cathode and the anode, during cell operation.（对电极材料的惰性→优异的化学&电化学稳定性）
It should remain liquid in a wide temperature range. In other words, its melting point (Tm) should be low and its boiling point (Tb) high.（低熔点，高沸点→宽温使用范围）
It should also be safe (high flash point Tf), nontoxic, and economical.（高闪电、无毒、环境友好→安全性）

介电常数&粘度：

While all of the ethers, cyclic or acyclic, demonstrate similar moderate dielectric constants (2-7) and low viscosities (0.3-0.6 cP)（所有醚类溶剂，介电常数在2~7之间；粘度在0.3~0.6之间）
All cyclic esters are uniformly polar (40-90) and rather viscous ( 1.7-2.0 cP)（环状酯类溶剂，介电常数在40~90之间，粘度在1.7~2.0之间）
All acyclic esters are weakly polar (3-6) and fluid (0.4-0.7 cP).（非环状酯类溶剂，介电常数在3~6之间，粘度在0.7~0.7之间）

溶剂发展脉络

PC溶剂因为高介电常数，宽温度适用范围，高化学稳定性是最早被用于锂离子电池电解液的溶剂，但PC存在的问题是循环性能差，最开始的研究方向是纯化PC，改善循环性能（后来发现这个方向是错误的）；
1980年左右，醚类溶剂（四氢呋喃等），短期内能够改善锂的形貌，成为研究热点，但存在容量保持率差，长循环后悔产生锂枝晶的问题；
因为EC的高熔点，开始被认为不适合做电解液的溶剂，直到1970年Scrosati and Pistoia第一次将PC（9%）与EC混合，使得混合溶剂的熔点在室温以下，EC才被用到电解液中溶剂中；
最开始人们将EC与PC，还有醚类溶剂混合，但是因为PC和醚类溶剂的固有缺陷，一直没有得到好的结果，直到1994年Tarascon and Guyomard第一次将EC与线性碳酸酯DMC混合作为电解液的溶剂，从此一发不可收拾，更多的线性碳酸酯（DEC、EMC等）被加入到混合溶剂中；

电解液的可使用温度区间

这个问题对锂离子电池的性质至关重要，但是系统性的研究比较少，主要原因是情况有些复杂，Tarascon and Guyomard第一次在LiPF6/EC/DMC体系中做了一些研究。

混合溶剂的bp（沸点）

这里有一个基本的结论：the upper limit of the liquid range for a binary system is mainly determined by the bp of the lower boiling component（混合溶剂的上限使用温度是由溶剂中的低沸点物质决定的，换言之你加在多高沸点的溶剂，只要溶剂中有一种沸点低，混合后的溶剂沸点也是低的，但是一般情况下溶剂不会成为电解液上限使用温度的限制条件，如DMC的bp是190℃，EMC的bp是110℃,DEC的bp是120℃，但是LiPF6 的上限使用温度是70℃）

混合溶剂的mp（凝固点）

The mixture of two solvents should have an expanded liquid range with a lower melting temperature than that of either solvent individually (混合溶剂的凝固点在特定比例的点位会低于溶剂本身的凝固点，即比例合适的混合溶剂，可以降低电解液的使用下限温度)混合溶剂的凝固点与混合溶剂沸点的变化特征并不一致，凝固点的变化可以简单的用下面的相图来体现。

如下图，可以看出混合溶剂低温凝固点会出现一个最低点，而这个最低点是与混合溶剂的比例有关系的，如EC与EMC的最低熔点出现在EC比例为30%左右的位置，这也是为什么目前大多数的商用液体电解液EC比例占30%左右的原因，图中在固相线以下的温度范围内，均为固体，且两种溶剂的固相基本是两相的形式存在，在液相线以上均为混合均一的液体，此温度也是锂离子电池电解液的建议使用温度下限温度，在液相线以下，固相线以上为固液混合物，液相线与固相线一般相交于最低的共熔点。

引入凝固点更低的溶剂，不一定会得到温度范围更宽的溶剂体系，如下图，将DMC（5℃）换成凝固点更低的EMC（-53.5℃），同样是在30%的含量情况下，EMC与EC混合后的溶剂液相线在DMC与EC混合溶剂的固相线以上。