鋰電池電解液配方組成和性能
一、鋰電池電解液配方由溶劑和和溶質構成。
在鋰電池電解液配方中常使用的溶劑有二甲基甲酰胺、y-丁內酯、乙二醇、丙三醇、水等。二甲基甲酰胺是一種鋰電池電容器的溶劑,它具有很廣的工作溫度范圍。在亞洲,y-丁內酯作為電解質的溶劑使用也很流行,主要用在低壓小型電容器,使用這種溶劑為主溶劑的電容器具有較低的ESR。乙二醇是使用最廣泛的溶劑,低壓電容器通常用的是乙二醇加部分水為溶劑的體系。
電解液中的溶質主要用的是硼酸、硼酸鹽、羧酸鹽及少量的其他無機鹽和去極化消氫劑、緩蝕劑、水解抑制劑等。
對于低壓電解液中一般人為添加部分水,改善電解液的導電性能;中高壓電解液,通常使用的是無水乙二醇體系,即使含水也要求在3%以下。
二、電解液配方的種類
從電解液水含量來分為:水系和非水系,部分非水系為y-丁內酯(GBL)體系從電壓來分為:低壓,中壓,高壓電解液
三、鋰電池電解液配方材料的選擇
工作電解液是電容器的關鍵工藝之一。它作為電容器的實際陰極,有但要求具有優良的電化學特性,不斷提供氧離子,修補受損的氧化膜;還必須具有極佳的穩定性,不與組成材料發生反應或發生腐蝕作用。工作電解液按照組成成分為:溶劑、溶質和添加劑三部分。
1.溶劑的選擇
溶劑決定電容器的使用范圍,要求溶劑具有沸點高、凝固點低、蒸汽壓和粘度小,對溶質有良好的溶解性,滿足電容器在-40~+105℃范圍內的電性能要求,部分要求為125℃甚至達到150℃以上(如節能燈鋁電解電容),目前常用的主溶劑為乙二醇,沸點為196℃,凝固點為-12℃,其余輔助溶劑有:DMF、y-丁內酯、二乙二醇、丙三醇等。DMF、y-丁內酯有良好的低溫特性,常常應用在超低溫電解液,如-55℃等產品上。
2.溶質的選擇
溶質是提供修補氧化膜,維持電容器正常工作的正、負離子或離子基團的主要成份。低壓:甲酸銨、已二酸銨、馬來酸銨等作溶質;中高壓:壬二酸銨、葵二酸銨、已二酸銨、十二酸銨、苯甲酸銨、以及帶支鏈的銨鹽等作為其主溶質,保證高低溫特性,提供氧化效率和高溫穩定性。
3.添加劑的選擇
添加劑是調節電解液粘度、電導率、提升閃火電壓、鈍化氧化膜和抑制氫氣等作用的。電解液中添加磷酸及其鹽類、硝基化合物、水解抑制劑等,可以顯劇改善電解液的特性。
四、電解液配方的檢測:
電解液配方的檢測主要有三項參數:電導率、酸堿度(PH值)、閃火電壓等,必要時也要檢驗C1-、SO42-、Fe3+、Cu2+、以及電解液的粘度等。
PH值:一般分布在5.5-9.0,主要是由于鋁及氧化鋁的特性所決定,可用酸堿度儀測量.
電導率:一般分布在400uS/cm~80000uS/cm.可由電導率儀測出,電導率與產品的損耗以及等效串聯電阻有很大的關系.
閃火電壓:一般分布在100-600V,用鋁箔氧化膜耐壓測試儀測量,電解液的閃火電壓是比較關鍵的一個參數,特別是高壓電解液,閃火電壓是制造技術的一個突破方向之一。測量閃火電壓測量方法和材料因不同的公司各有不同:測量電流外部主要有10mA、20mA等,而我司一般用1mA,測量所用的材料有:高壓化成箔(電壓一般為590VF以上)、素箔、陽極導箔條等,所用的測量面積也各不相同。
測量溫度,一般為常溫,以30℃相對較準確,特別是電導率,受溫度影響較大,所以電容在不同溫度下損耗變化也相當明顯,酸堿度和閃火電壓也會隨溫度作微小變化。
外觀檢驗:是否有雜質,污物,結晶,渾濁,顏色是否均勻,透明,有無異味。