先进院开发高电压浓缩电解液显著提升双离子电池的性能

离子电池又叫锂离子电池，锂离子电池是锂电池发展而来。锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。

近期，深圳先进技术研究院唐永炳研究员及其研究团队，通过开发高电压浓缩电解液显著提升了双离子电池的循环性能与能量密度。研究结果表明，该电解液体系具有以下明显优势：第一，电解液的氧化电位提升至~6.0 V，明显抑制了电池的产气现象;第二，阴离子插层石墨正极的容量和可逆性得到提升;第三，阳离子在负极侧的沉积/剥离可逆性得到明显改善。采用该高电压浓缩电解液，双离子电池稳定循环1000次后容量无明显衰减，并显著提升了电池的能量密度。上述工作提供了一种提升双离子电池性能的有效手段，对发展高效低成本储能器件具有指导意义。

电解液是电池中的重要组成部分，作为正负极材料的桥梁，在传导电流等方面起着不可或缺的作用。蓄电池在充放电过程中，电解液中的水会因为电解和蒸发而逐渐减少，导致电解液面下降。如果不及时补充的话，有可能缩短蓄电池的使用寿命，应及时补充蒸馏水， 切忌用饮用纯净水代替。因为纯净水中含有多种微量元素，对蓄电池会造成不良影响。

高电压电解液主要包括：氟代溶剂、腈类化合物、砜类化合物和其他新型溶剂化合物。不同高电压电解液体系都各自有优缺点。高电压电解液添加剂主要用来在正极表面成膜，添加剂与电解液溶剂相比，有较低的氧化电位，高压下能够优先分解形成正极保护膜，减少了电解液与电极的接触 ，抑制电解液的氧化分解及其寄生反应，从而改善锂离子电池的电化学性能。

电解液是化学电池、电解电容等使用的介质(有一定的腐蚀性)，为他们的正常工作提供离子。并保证工作中发生的化学反应是可逆的。电解液用于不同行业其代表的内容相差较大。有生物体内的电解液(也称电解质)，也有应用于电池行业的电解液，以及电解电容器、超级电容器等行业的电解液。不同的行业应用的电解液，其成分相差巨大，甚至完全不相同。

使用电解液做阴极有不少好处。首先在于液体与介质的接触面积较大，这样对提升电容量有帮助。其次是使用电解液制造的电解电容，能耐高温，这样就可以通过波峰焊(波峰焊是SMT贴片安装的一道重要工序)，同时耐压性也比较强。

此外，使用电解液做阴极的电解电容，当介质被击穿后，只要击穿电流不持续，那么电容能够自愈。但电解液也有其不足之处。首先是在高温环境下容易挥发、渗漏，对寿命和稳定性影响很大，在高温高压下电解液还有可能瞬间汽化，体积增大引起爆炸(就是我们常说的爆浆);其次是电解液所采用的离子导电法，其导电率很低，只有0.01S(电导率，欧姆的倒数)/CM，这造成电容的ESR值(等效串联电阻)特别高。

双离子电池的工作原理也有别于传统锂离子电池，充电过程中，正极石墨发生阴离子插层反应，而铝负极发生铝—锂合金化反应，放电过程则相反。这种新型反应机理不仅显著提高了电池的工作电压(3.8—4.6V)，同时大幅降低电池的质量、体积及制造成本，从而全面提升了电池的能量密度，从而提高电池的续航时间。

2016年3月29日，中科院深圳先进技术院唐永炳研究员从德国获悉，他们的成果在国际顶级期刊《先进能源材料》上发表，德国科学网报道称，该技术将对现有锂电产业产生重大影响。

这种新型电池把传统锂离子电池的正负极进行了调整，用廉价且易得的石墨替代已批量应用于锂离子电池的钴酸锂、锰酸锂、三元或磷酸铁锂作为电池的正极材料;采用铝箔同时作为电池负极材料和负极集流体;电解液由常规锂盐和碳酸酯类有机溶剂组成。该电池工作原理有别于传统锂离子电池，充电过程中，正极石墨发生阴离子插层反应，而铝负极发生铝—锂合金化反应，放电过程则相反。这种新型反应机理不仅显著提高了电池的工作电压(3.8—4.6V)，同时大幅降低电池的质量、体积及制造成本，从而全面提升了全电池的能量密度。

新闻来源：中国科学院深圳先进技术研究院

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