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精 确 测量锂电池电解液的粘度

发布:大昌洋行(上海)有限公司(大昌华嘉科学仪器部)
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介绍

电解液是锂离子电池四大关键材料(正极、负极、隔膜、电解液)之一,号称锂电池的血液,在电池中正负极之间起到传导电子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。

而离子电导率正是高性能电解液Z重要的指标,影响电解液离子电导率的三个影响因素有:锂盐的解离能力,电解液的溶剂化能力,体系的粘度。

有机电解液的基本成分包括锂盐(提供载流子:Li+)、有机溶剂(解离锂盐、提供Li+传输介质)、添加剂(少量使用、改善性能)。其中常用的有机溶剂有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等。由于不同的混合比例或者配方成分导致电解液粘度不同。

鉴于Fluidicam可以jingque测量低粘度电解液的粘度差异,本文利用Fluidicam测量了不同比例有机溶剂的电解液粘度,以期提高电解液的离子电导率,为电池研发者提供设计思路。


方法

仪器:法国Formulaction公司 Fluidicam微流控可视流变仪

EMC: 碳酸甲乙酯

DMC: 碳酸二甲酯

EC: 碳酸乙烯酯

LiClO4: 高氯酸锂

测量纯溶剂在不同比例时(EMC:DMC:EC)的粘度差异。然后,研究了EC和锂盐浓度对电解液粘度的影响。


结果与讨论

不同成分有机溶剂的粘度:

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图1 不同成分有机溶剂的粘度-温度曲线


两种不同成分的有机溶剂随温度增加粘度均有明显的下降,其中含有EC的有机溶剂粘度较大,但是随温度的增加粘度下降的较快。


表1 不同成分有机溶剂的粘度数据表

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两种成分有机溶剂的粘度在25℃下具有明显的差异:加入EC的有机溶剂粘度为1.021±0.004mPa·s,与水的粘度接近,而不含有EC的有机溶剂粘度仅为0.614±0.004mPa·s。


EC浓度对粘度的影响:

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图2 电解液粘度随EC浓度变化曲线


表2 电解液粘度随EC浓度变化数据表

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结果显示,随着EC浓度逐渐粘度逐渐增大,较高的EC浓度可能会抑制电解液的离子电导率,降低电池性能。


锂盐浓度对电解液粘度的影响:

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图3 电解液粘度随高氯酸钾浓度变化曲线


表3 电解液粘度随高氯酸钾浓度变化数据表

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离子电导率与锂盐浓度成正比,与电解质的粘度成反比(电解质的斯托克斯定律电导率),所以配方工作者需要在两者中找到合适的平衡点。以上所有测量的总分析时间为1小时20分钟(17次试验),包括取样。微流控可视流变仪完全避免了挥发和干燥风险,突破了传统粘度计由于的粘度精度局限性和测量速度。Fluidicam这种高效测量工具,是配方工作者必不可少的研究助手。



微流控可视流变仪FLUIDICAM


Fluidicam微流控可视流变仪被设计用于测试各种稠度样品的粘度,包括液体、凝胶或半固体乳液。当样品和参比样在芯片通道中高速流动时,获取微型芯片中两相不相容液体的界面位置,从而计算被测样品的剪切速率和粘度。芯片上狭窄的通道,赋予仪器高的剪切速率范围、样品体积量小,温度调节迅速的优点。

微流控可视流变仪FLUIDICAM

2020-06-23
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