鋰離子電池電解液中的雜質(zhì)及其凈化

未經(jīng)提純的有機(jī)電解質(zhì)通常含有水和帶有活性氫的有機(jī)物以及少量的金屬離子，如鐵、鈉、鋁和鎳。雜質(zhì)含量會(huì)對(duì)鋰離子電池的性能出現(xiàn)嚴(yán)重的影響。高純鋰鹽和碳酸鹽是鋰離子電池正常運(yùn)行的保證。

有機(jī)電解質(zhì)中雜質(zhì)的重要來源有三:a。鋰電解液(如六氟磷酸鋰)的制備不可防止地含有一定數(shù)量的HF、H2O等金屬雜質(zhì)離子。這些物質(zhì)可能形成強(qiáng)烈的化學(xué)吸附，去除困難，難以制備完全純的鋰鹽。B.常見的碳酸鹽溶劑在制備過程中不可防止地含有水、有機(jī)酸、醇、醛、酮、胺、酰胺等副產(chǎn)品、金屬離子雜質(zhì)和具有相似結(jié)構(gòu)的酯類物質(zhì)。C.鋰鹽和溶劑大多是親水的，工作環(huán)境中少量的水和灰塵也會(huì)污染電解液。部分鋰的熱穩(wěn)定性較差，易分解、降低純度。

一般情況下，有機(jī)電解質(zhì)中的雜質(zhì)重要是微量水和含有活性氫的分子和金屬離子雜質(zhì)，如HF。微量的水可以分解鋰鹽，如六氟磷酸鋰，并可能與有機(jī)溶劑反應(yīng)出現(xiàn)相應(yīng)的醇。當(dāng)電池工作時(shí)，水的存在會(huì)消耗有限的鋰離子，出現(xiàn)如LiOH、Li2O、HF等不利于改善電極電化學(xué)性能的物質(zhì)。同時(shí)，反應(yīng)出現(xiàn)的大量氣體也會(huì)新增電池內(nèi)部壓力，帶來不安全因素。隨著有機(jī)電解質(zhì)中水分含量的新增，鋰離子電池的充放電性能、循環(huán)效率等性能將明顯下降。當(dāng)水含量超過0.1%時(shí)，鋰離子電池基本上就沒用了。有機(jī)電解液中HF的含量對(duì)鋰離子電池的性能也有重要的影響，而六氟磷酸鋰的生產(chǎn)過程中HF是很難去除的。除了加速分解方法和聚合鋰的有機(jī)溶劑、高頻還生成生活通過減少反應(yīng)碳負(fù)極在第一次充電和放電的過程,新增了電極界面阻力,降低鈍化膜的可逆性,電池的比容量和循環(huán)效率,等等。其他含有活性氫的有機(jī)分子，如酒精和胺，也會(huì)消耗電解質(zhì)，影響電池的性能。例如，莊全潮等人研究了有機(jī)電解質(zhì)中甲醇雜質(zhì)對(duì)石墨電極性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)有機(jī)電解質(zhì)中甲醇含量超過0.5%時(shí)，石墨電極充放電循環(huán)的可燃性會(huì)被完全破壞。在充電過程中，金屬雜質(zhì)離子首先沉積在碳陰極表面，影響電解的鋰電導(dǎo)率。

顯然，有機(jī)電解質(zhì)必須配置在清潔、干燥(濕度小于10×10-6)的環(huán)境中(如實(shí)驗(yàn)室常用的手套箱)。同時(shí)，盡可能采用一種可行的方法來消除鋰鹽和有機(jī)試劑中的雜質(zhì)，并且緩慢配置電解液，防止鋰鹽溶解過程中放熱引起的熱分解反應(yīng)。在電解液使用前，應(yīng)采用科學(xué)的方法進(jìn)行檢測(cè)，確保電解液滿足鋰離子電池的工作要。

有機(jī)電解質(zhì)中最常見的雜質(zhì)是水。通過蒸餾除去大部分水，然后加入0.4nm或0.5nm活性沸石密封，可以達(dá)到降低實(shí)驗(yàn)室含水量的目的。該方法不僅可以減少水，還可以吸收一些小分子的溶劑，有利于提高電解液的純度。但是要注意的是，由于分子篩具有離子交換功能，假如將普通鈉分子篩長時(shí)間放置在電解液中，鈉離子可能會(huì)被引入到有機(jī)電解液中，影響電池性能。因此，在使用分子篩去除雜質(zhì)的過程中，最好選用鋰分子篩。通過交換1mol/L的LiC1O4/乙醇或1mol/L的LiF/乙醇溶膠，可以得到鋰沸石