鋰離子電池電解液中的雜質及其凈化

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

有機電解質中雜質的重要來源有三: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等金屬雜質離子。這些物質可能形成強烈的化學吸附，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、有機酸、醇、醛、酮、胺、酰胺等副產(chǎn)品、金屬離子雜質和具有相似結構的酯類物質。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，有機電解質中的雜質重要是微量水和含有活性氫的分子和金屬離子雜質，如HF。微量的水可以分解鋰鹽，如六氟磷酸鋰，并可能與有機溶劑反應出現(xiàn)相應的醇。當電池工作時，水的存在會消耗有限的鋰離子，出現(xiàn)如LiOH、Li2O、HF等不利于改善電極電化學性能的物質。同時，反應出現(xiàn)的大量氣體也會新增電池內部壓力，帶來不安全因素。隨著有機電解質中水分含量的新增，鋰離子電池的充放電性能、循環(huán)效率等性能將明顯下降。當水含量超過0.1%時，鋰離子電池基本上就沒用了。有機電解液中HF的含量對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溶劑、高頻還生成生活通過減少反應碳負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分子，如酒精和胺，也會消耗電解質，影響電池的性能。例如，莊全潮等人研究了有機電解質中甲醇雜質對石墨電極性能的影響，發(fā)現(xiàn)當有機電解質中甲醇含量超過0.5%時，石墨電極充放電循環(huán)的可燃性會被完全破壞。在充電過程中，金屬雜質離子首先沉積在碳陰極表面，影響電解的鋰電導率。

顯然，有機電解質必須配置在清潔、干燥(濕度小于10×10-6)的環(huán)境中(如實驗室常用的手套箱)。同時，盡可能采用一種可行的方法來消除鋰鹽和有機試劑中的雜質，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。在電解液使用前，應采用科學的方法進行檢測，確保電解液滿足鋰離子電池的工作要。

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有機電解質中最常見的雜質是水。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，可以達到降低實驗室含水量的目的。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間放置在電解液中，鈉離子可能會被引入到有機電解液中，影響電池性能。因此，在使用分子篩去除雜質的過程中，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