鋰離子電池高電壓正極材料是近年來研究的熱點，而與之相適應的高壓電解液也成為了研究重點。設計并制備具有更好的性能，更高的能量和電壓的新型鋰離子電池，是電源領域的一個研究熱點。近幾年，以LiNi0.5Mn1.5O4和LiCoPO4為代表的高電壓正極材料發(fā)展迅速，而與之匹配的電解液則相對落后。因此，研發(fā)5V電解液體系是迫切需要解決的關鍵問題。

傳統電解液

1、碳酸酯類溶劑

傳統碳酸酯溶劑因為電導率高、鋰鹽溶解度良好以及能在負極表面形成穩(wěn)定的固體電解質界面膜（SEI膜）而一直被視作一般用途電解液溶劑的不二選擇。但是，傳統碳酸酯在高電壓電池體系中適用性并不好，這是由于傳統碳酸酯溶劑的氧化電位較低，極易在高電位下提前發(fā)生氧化分解。另外，鋰離子電池電解液中水分的含量一直被認為是決定電池質量的關鍵標準，高電壓電解液對于水分的要求則更高，如果電解液中水含量略高，將會大大降低電解液的耐氧化性能。

2、離子液體

離子液體是完全由陽離子和陰離子構成，在室溫附近呈液態(tài)，并且能夠導電的鹽。離子液態(tài)具有低揮發(fā)性、低可燃性、高離子導電性和較寬的電化學窗口等許多獨特的優(yōu)勢。由于這些特點，近年來離子液體得到廣泛的研究并且用作提高鋰離子電池在高容量、高電壓下的電化學和熱穩(wěn)定性能的新型電解液。研究表明，吡咯和哌啶二（三氟甲基磺酰）亞胺鹽的離子液體較常規(guī)的LiPF6基電解液體系更加適合用作5V高電壓電解液材料。

但是離子液體有著非常明顯的缺點：

（1）制備成本高，無法在工業(yè)上大規(guī)模使用；

（2）雖然離子液態(tài)有較高的離子導電性，但是相對于液體電解液而言，其電導率仍然偏低；

（3）離子液態(tài)普遍黏度大，不利于鋰電池的大倍率充放電。

新型液體電解液

開發(fā)新型電解液體系是研究鋰離子高電壓電解液中關注最多的方向，主要包括：氟代溶劑、腈類化合物、砜類化合物和其他新型溶劑化合物。

1、氟代溶劑

由于氟原子有強電負性和弱極性，使氟代溶劑具有較高的電化學穩(wěn)定性。研究人員研究了一系列氟代的有機碳酸酯溶劑，發(fā)現在碳酸酯溶劑中引入氟元素取代后，該含氟碳酸酯的抗氧化性能會得到明顯提高。氟代碳酸乙烯酯、甲基－2,2,2－三氟乙基碳酸酯和乙基－2,2,2－三氟乙基碳酸酯的氧化電位遠高于未氟代的碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）和碳酸乙基酯（DEC）。但是隨著被氟原子取代的氫原子增多，溶劑對于LiPF6的溶解度就會大大縮減。

2、腈類溶劑

研究人員等在研究雙電層電容器的過程中首次發(fā)現戊二腈和己二腈具有高達8.3V的抗氧化電位，其電化學窗口比所有的非質子溶劑的都要寬。但是，腈類溶劑與石墨負極的相容性較差，隨著循環(huán)的增長，電池內阻也不斷增大，大大降低了電池的循環(huán)性能。利用EC和雙草酸二氟硼酸鋰（LiBOB）能在石墨負極表面形成穩(wěn)定SEI膜的特性，將EC和LiBOB作為添加劑加入電解液，可以有效改善腈類溶劑與石墨負極的相容性較差這一問題。

3、砜類溶劑

砜類溶劑是當下研究人員重點研究的一種替代傳統碳酸酯的溶劑。砜類溶劑做為電解液在不同領域都有著非常廣泛的應用，如鋰離子電池、鋰硫電池和鋰空氣電池。甲乙砜（EMS）和甲氧基乙基甲基砜的耐氧化電位超過了5.8V，并且與Mn系正極都有良好的相容性，但是它們與石墨負極的相容性很差，因此不能用在以石墨為負極的電池中。

4、其他高電壓體系

LiBOB和草酸二氟硼酸鋰（LiODFB）都能在純碳酸丙烯酯（PC）溶劑體系中在石墨附近表面形成一層穩(wěn)定的SEI膜的電解質鋰鹽，它們和VC一樣都是常見的負極表面成膜添加劑。研究發(fā)現，相比于TMS和LiPF6，TMS與LiBOB、LiODFB的相容性非常好。TMS和LiBOB、LiODFB組成的電解液不但能形成穩(wěn)定的SEI膜，而且還能有效降低電池內阻。近年來，LiBOB在正極表面能形成保護高電壓正極材料的這一特性也引起了人們越來越廣泛地關注，如在匹配于傳統高電壓正極材料的電解液中加入LiBOB能增強電池的循環(huán)性能。通過研究LiBOB在正極表面生成的SEI膜的現象，發(fā)現加入LiBOB后能有效地保護電解液的氧化分解。同時通過理論計算，研究了LiBOB在電極表面的氧化分解機理：LiBOB開環(huán)發(fā)生兩兩聚合形成一層保護膜，在外側因為開環(huán)而裸露出來的B原子能吸引PF－６和F－與之結合，從而達到防止電解液分解的目的。

總的來說，鋰離子電池高電壓電解液得到了許多研究者的關注，成為了鋰離子電池電解液最主要的研究方向，不同高電壓電解液體系都各自有優(yōu)缺點。因為新型溶劑體系的開發(fā)和使用成本較高，目前尚無新型溶劑能完全替代碳酸酯基溶劑；如果能大幅降低生產和使用成本，提高與負極材料的相容性，新型溶劑體系電解液就有希望能夠完全替代碳酸酯基溶劑。所以，需要做更加細致的研究，隨著研究的不斷深入，新型溶劑體系電解液一定會有更廣泛的應用前景。