電解液
關注創建者：匿名 創建時間：2016-03-11
電解液的實例教程
近日，寧德時代21C創新實驗室歐陽楚英、王瀚森團隊獨立完成的鋰金屬電池研究成果發表于國際頂級期刊《自然·納米技術》（即Nature Nanotechnology），研究團隊獨創了動態追蹤技術，讓電池全生命周期內活性鋰與電解液各成分的動態演化，從“黑箱”走向“白箱”，為鋰電行業提供了新的視角。
01
電解液成分分析的重要性
鋰離子電池（LIB）已經徹底改變了便攜式電子設備、汽車工業和可再生能源儲存領域，適用于各種應用。LIB的主要組成部分，包括正極、負極、電解液、隔膜和集流體，共同管理工作在電池單元充放電過程中發生的電化學反應。
液體電解液（LE）是商業LIB中常用的一種電解液，因為它比其他電解液更便宜，更容易制造。LE是一種復雜的混合物，包含有機溶劑、鋰電解質鹽和添加劑，這些添加劑在離子電導率和穩定性、循環壽命、安全性和過充保護方面起著重要作用。而且，LE成分在重復充電周期中發生變化，老化可能會影響整體電池性能。因此，掌握電解液成分分析的方法至關重要，它不僅能夠優化電池性能，還能預防潛在的安全風險，并推動下一代電池技術的突破。
02
檢測案例
國高材分析測試中心擁有一套成熟的電解液成分分析方案，能夠為鋰離子電池電解液等復雜樣品提供精確的成分分析服務，通過采用了包括氣相色譜/質譜聯用（GC/MS）、液相色譜/質譜聯用（LC/MS）和電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）在內的多種分析技術，對電解液中的有機溶劑、鋰鹽、添加劑等成分進行全面的定性和定量分析，有助于理解電解液的老化過程，還能為電池制造商提供電解液逆向工程的寶貴信息，從而有助于改進電池的性能和可靠性。
展開 由于醚類溶劑成為鈉離子電池形成功能性SEI膜的關鍵溶劑，所以近期很多研究從多個角度報道了酯類和醚類電解液在鈉離子電池中形成SEI的區別。相比于酯類電解液中鈉離子需要完全脫溶劑化才可以進入石墨層間，在醚類電解液中鈉離子可以以溶劑化的形式共插層進入石墨層間，層間的拓展有利于尺寸較大的鈉離子進行儲存，通過透射電子顯微鏡和傅里葉變換紅外進一步分析鈉離子對天然石墨插層反應，如圖3（a）所示。
相比于石墨，由于HC是高度無序的結構所以不利于三元共插層。Xiao等通過對比醚類電解液和酯類電解液在硬炭中的充放電曲線推測其沒有共插層現象（圖3（b））。Bai等將基于酯類電解質中形成的SEI和基于醚類的電解質保護的HC陽極結合在一起，融合了基于酯和醚類的電解質的優點，實現了高的可逆容量。除了硬炭材料，高比表面的炭材料如還原氧化石墨烯（rGO）、活性炭（AC）、有序介孔炭（CMK-3）也被作為儲鈉材料。這些大比表面結構會導致嚴重的界面問題，較低的首次庫侖效率等問題。
圖3 炭質材料在醚類和酯類電解液中的SEI膜形成結構示意圖及在硬炭中的典型充放電曲線
（a）鈉離子基于酯基和醚基電解液對天然石墨的插層機制；（b）硬炭在酯基和醚基電解液中的典型充放電曲線；（c）在不同電解液中鈉離子向SEI移動的結構示意圖
總之，醚類和酯類電解液的開發在很大程度上推動了鈉離子電池的發展，未來在電解液的選擇上，固體電解質界面的調控優化上，將進一步使鈉離子電池向實際應用方向靠攏，在大規模儲能方向得到廣泛應用。
原文出處：
有機電解液在鈉離子電池中的研究進展
張福明, 王靜, 張鵬, 時志強
材料工程 2021, 49 (1): 11-22.
展開 計劃從事電解液研究，具有電解液、電極界面、新型儲能器件或其他電化學背景；
3. 招生人數1名。
博士后要求：
1. 要求符合湖南大學博士后招聘條件，享受相關待遇http://jobs.hnu.edu.cn/info/1011/1826.htm；
2. 從事電解液研究，需具有電解液、電極界面、新型儲能器件或其他電化學背景；
3. 從事電解液理論研究，需要具有DFT或MD等理論基礎；
4. 招聘人數2名。
聯系方式: nanoelechem@hnu.edu.cn; 13687376305 (馬老師)
導師及課題組介紹：
馬建民，湖南大學教授、博士生導師。曾獲湖南省杰青基金、湖南省自然科學二等獎、入選2020年“高被引科學家”。兼任Rare Metals、Journal of Energy Chemistry、Nano-Micro Letters、Chinese Chemical Letters、Journal of Physics: Condensed Matter 等期刊編委。
馬建民教授課題組現有碩士生、博士生及博士后20余人，長期從事能源材料與化學理論與應用研究工作，近年來，聚焦于高性能金屬鋰電池的電解液的開發，提出了電解液添加劑多因子設計原則即考察添加劑對鋰離子溶劑化結構、鋰成核與生長及固體電解質相界面的成分與結構等影響用于指導添加劑的開發；提出了梯度固體電解質相界面的概念，分子水平上設計添加劑來構筑親鋰/導鋰相界面，提升金屬鋰電池倍率性能。課題組目前已在Angewandte Chemie International Edition、Science Bulletin、Advanced Functional Materials 等國內外重要期刊發表多篇電解液論文。獲授權中國發明專利10余項。
展開 計劃從事電解液研究，具有電解液、電極界面、新型儲能器件或其他電化學背景；
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2. 從事電解液研究，需具有電解液、電極界面、新型儲能器件或其他電化學背景；
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聯系方式: nanoelechem@hnu.edu.cn; 13687376305 (馬老師)
導師及課題組介紹：
馬建民，湖南大學教授、博士生導師。曾獲湖南省杰青基金、湖南省自然科學二等獎、入選2020年“高被引科學家”。兼任Rare Metals、Journal of Energy Chemistry、Nano-Micro Letters、Chinese Chemical Letters、Journal of Physics: Condensed Matter 等期刊編委。
馬建民教授課題組現有碩士生、博士生及博士后20余人，長期從事能源材料與化學理論與應用研究工作，近年來，聚焦于高性能金屬鋰電池的電解液的開發，提出了電解液添加劑多因子設計原則即考察添加劑對鋰離子溶劑化結構、鋰成核與生長及固體電解質相界面的成分與結構等影響用于指導添加劑的開發；提出了梯度固體電解質相界面的概念，分子水平上設計添加劑來構筑親鋰/導鋰相界面，提升金屬鋰電池倍率性能。課題組目前已在Angewandte Chemie International Edition、Science Bulletin、Advanced Functional Materials 等國內外重要期刊發表多篇電解液論文。獲授權中國發明專利10余項。
展開 首先，介紹了電解質系統的主要需求和挑戰，然后對已發表文獻中有關液體和聚合物電解質的研究現狀進行了評估，最后討論了與聚合物電解質設計相關的核心概念及與鋁電池系統的關系，以提供對可能采取的方法的了解，從而有助于該領域的進一步發展。
圖1鋁電池水系和非水系電解質研究的時間線
2、鋁電池電解液設計
電化學電池的電解液為離子傳輸提供途徑，并在控制電池內的整體化學反應中發揮重要作用，在鋁電池中，需要電解液來適應電池工作過程中鋁的可逆電沉積。由于鋁的電沉積是從電解液中的含鋁物質中進行的，因此所用電解液的體積以及相應的電解質種類是鋁電池容量的限制因素。因此，為鋁電池選擇合適的電解液需要仔細考慮以下幾個不同的影響因素：
1）較寬的電化學穩定性窗口可防止電解液的分解，從而實現長期的循環穩定性。為了實現鋁電沉積，穩定性窗口需要大于1.66V，但是對于電池電解液應用而言，更高的電壓（>4V）是首選，可以使用更大范圍的電極材料并增加電池的功率和能量。
2）為了避免活性物質因副反應而損失，導致不利于電池系統的容量保持，因此需要高庫侖效率的可逆鋁電沉積。鍍層必須光滑，無枝晶生長，因為粗糙的枝晶鋁鍍層可能脫落并導致活性物質的損失。同時，任何枝晶的形成都有可能導致電極之間的接觸和電池短路。
3）有效的離子傳輸對于降低由于質量傳輸限制而產生的過電位和提高電池系統的整體性能至關重要。理想情況下，用于實際應用的電解質的離子電導率應大于10?4S cm?1，以便離子遷移率可以在高電流下以可忽略的濃度梯度維持。
4）電極與電解液之間的良好粘附和界面接觸是降低內阻的必要條件。
展開 
電解液的最新內容
熱失控產熱驅動電解液沸騰；(a) 三維溫度分布；(b)電解液沸騰界面與熱失控前鋒面
儲能磷酸鐵鋰電池熱失控期間存在電解液沸騰吸熱行為，電池內部傳熱復雜。阻礙了高安全電池的設計。急需明晰電池電解液沸騰吸熱原理，建立考慮電解液沸騰吸熱的熱安全模型，以指導電池安全設計。
使用工具：Ansys Fluent
最終成果
圖3.
儲能產業鋰電熱失控氫氣泄漏監測1個月前
這些烴類VOC氣體通常是電解液中的有機溶劑或其熱分解物。一旦鋰離子電池異常發熱，樹脂材質部件和電解液就會開始熱分解，隨著內部溫度的上升，各種氣體逸散出來。
2026深圳國際新能源電池產業展覽會
SHENZHEN INTERNATIONAL NEW ENERGY BATTERY INDUSTRY EXHIBITION 2026
時間：2026年08月26-28日
地點：深圳國際會展中心
展會介紹：
當前我國已建成涵蓋新能源電池基礎材料、單體電芯、系統集成、制造裝備、回收利用 等在內的完備產業體系，向全球供應超過70%的正負極、電解液
一旦溫度升高，極易與電解液發生劇烈放熱反應，觸發連鎖式熱失控。
DSC技術通過精確測量材料在程序升溫過程中的熱流變化，可快速識別放熱起始溫度、峰值溫度及總放熱量。例如圖1，對滿電態NCM811正極與電解液混合物的測試顯示，在220℃左右出現兩個明顯的放熱峰，累計放熱量超過2500 J/g——這一數值已足以引發燃燒甚至爆炸。
為此本案例針對117Ah三元鋰方形電池，在Fluent中使用UDF/UDS定義了SEI膜分解、負極與電解液反應、正極分解反應、電解質分解等過程，并利用T2之后溫度與溫升速率的函數關系得到內短路產熱的表達式。
中興通訊股份有限公司 熱設計工程師
通訊產品隧道&抱桿流固耦合抗風Ansys解決方案
余磊
中興通訊股份有限公司 力學設計工程師
Ansys Fluent電池模塊新功能及應用場景拓展
陳桂杰
Ansys主任應用工程師
大容量磷酸鐵鋰電池熱失控期間電解液相變吸熱與噴發研究
中興通訊股份有限公司 熱設計工程師
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中興通訊股份有限公司 力學設計工程師
Ansys Fluent電池模塊新功能及應用場景拓展
陳桂杰
Ansys主任應用工程師
大容量磷酸鐵鋰電池熱失控期間電解液相變吸熱與噴發研究
新能源鋰電池制造：VOC泄漏檢測8個月前
鋰電池VOC泄漏主要來源于其生產過程中的多個環節，包括正負極材料制備、電解液生產、涂布、注液、封裝、化成及測試等。具體VOC廢棄來源及成分如下：
正負極材料制備：此環節產生的廢氣主要含有粉塵、金屬氧化物以及有機溶劑揮發物(VOC)，如NMP（N-甲基吡咯烷酮）等。
電解液生產：電解液制備過程中會產生含有六氟磷酸鋰、碳酸酯類等有機溶劑的VOC，這些物質具有刺激性氣味且易燃易爆。
10:40 -11:00
茶歇
11:00 -11:20
Ansys Fluent電池模塊新功能及應用場景拓展
陳桂杰
Ansys主任應用工程師
11:20 -11:40
大容量磷酸鐵鋰電池熱失控期間電解液相變吸熱與噴發研究
大容量磷酸鐵鋰電池的熱失控行為呈現三維傳播特性，熱失控期間其內部電解液沸騰使得傳熱行為復雜，制約了高安全電池設計。本文通過模型量化呈現了電解液吸熱相變后的傳熱傳質過程，通過實驗獲得了模型所需輸入，例如電池熱失控產熱量、產氣量、內部壓力、電解液相變吸熱參數、熱失控噴發質量流量及等。在模型與實驗結果對比中，電池正表面溫度的決定系數R2為0.9258，背表面溫度決定系數R2為0.9046。
