Page 211 - 化工工艺理论及技术

第七章 锂离子电池安全技术研究进展

极 / 电解质界面处的游离水的数量，促进了致密的富 LiF 中间相的形成，而其与
Li+ 的弱配位能够在低温下实现快速的 Li+ 去溶剂化过程。LiMn 2 O 4 /Li 4 Ti 5 O 12 锂
离子电池可以在 -50℃下保持运行，远远优于使用非水或水电解质的同类电池。

这些工作不仅证明了基于 DOL 的低温电解液的普遍应用，而且还提供了宝贵的
经验，为推进低温水系电解液和电池发展提供了参考。
有研究开发了一种抗冻双阳离子共晶电解液：3.5mol/LMg（ClO 4 ） 2 +1mol/
LZn（ClO 4 ） 2 ，并将其应用于水系锌离子电池体系中。该电解液在 -70℃表现出
较高的离子电导率、较低的黏度和电导活化能。基于该抗冻电解液组装的 Zn||

芘 -4，5，9，10- 四酮（PTO）和 Zn|| 吩嗪（PNZ）电池表现出优异的低温电化
学性能。例如，Zn/PTO 在 -70℃时，电流密度为 200mAh/g 的情况下，实现了
101.5mAh/g 的放电比容量，并且在 1.2A/g 的高电流密度下，其放电容量仍然可

以保持在 71mAh/g。这种锌离子电池低温水系电解液为锂离子电池低温电解液提
供了宝贵的建议。

三、低温固态电解质设计策略

诸如环状碳酸酯、链碳酸酯、羧酸酯等的有机电解质溶液，由于具有极强的
腐蚀性和可燃性，限制了其广泛的应用。此外，近年来，电解液的漏液和自燃已
经成为一个主要问题。采用固态电解质的电池是安全和防漏的，并且与常规的有
机电解液相比，固体电解质的电化学窗口较宽，可使电池的电压范围进一步扩展，

从而使电池的能量密度得到提高。但是，低温下活性材料和固态电解质之间的接
触问题更加突出。目前将固态电解质分为全固态电解质与准固态（凝胶聚合物）
电解质两类。
（一）全固态电解质

全固态电解质由锂盐和高分子基质构成，常用的锂盐有：LiPF 6 、LiBF4、
LiClO 4 、LiTFSI 等，高分子基质包括：聚环氧乙烷（PEO）、聚偏氟乙烯（PVDF）、
聚丙烯腈（PAN）等。基于 PEO 的电解质有望用于全固态电池，但是 PEO 的高
度结晶以及 EO 链与锂之间的亲和力限制其只能在室温使用，基于此，提出了一

种以 PEO 为基础的固态电解质，将丁二腈（SN）与 PEO 进行物质的量比调节，
分别在 PFO-LiTFSI 中加入质量分数为 10% 和 27% 的 AN（记为 Inhomo-SPE 和
Homo-SPE），经测试发现，AN 的加入使电解质在抑制 PEO 结晶的同时还可以

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