简析锂离子电池电解液中的杂质及其纯化

锂离子电池电解液中的杂质及其净化

未经提纯的有机电解质通常含有水和带有活性氢的有机物以及少量的金属离子，如铁、钠、铝和镍。杂质含量会对锂离子电池的性能出现严重的影响。高纯锂盐和碳酸盐是锂离子电池正常运行的保证。

有机电解质中杂质的重要来源有三:a。锂电解液(如六氟磷酸锂)的制备不可防止地含有一定数量的HF、H2O等金属杂质离子。这些物质可能形成强烈的化学吸附，去除困难，难以制备完全纯的锂盐。B.常见的碳酸盐溶剂在制备过程中不可防止地含有水、有机酸、醇、醛、酮、胺、酰胺等副产品、金属离子杂质和具有相似结构的酯类物质。C.锂盐和溶剂大多是亲水的，工作环境中少量的水和灰尘也会污染电解液。部分锂的热稳定性较差，易分解、降低纯度。

一般情况下，有机电解质中的杂质重要是微量水和含有活性氢的分子和金属离子杂质，如HF。微量的水可以分解锂盐，如六氟磷酸锂，并可能与有机溶剂反应出现相应的醇。当电池工作时，水的存在会消耗有限的锂离子，出现如LiOH、Li2O、HF等不利于改善电极电化学性能的物质。同时，反应出现的大量气体也会新增电池内部压力，带来不安全因素。随着有机电解质中水分含量的新增，锂离子电池的充放电性能、循环效率等性能将明显下降。当水含量超过0.1%时，锂离子电池基本上就没用了。有机电解液中HF的含量对锂离子电池的性能也有重要的影响，而六氟磷酸锂的生产过程中HF是很难去除的。除了加速分解方法和聚合锂的有机溶剂、高频还生成生活通过减少反应碳负极在第一次充电和放电的过程,新增了电极界面阻力,降低钝化膜的可逆性,电池的比容量和循环效率,等等。其他含有活性氢的有机分子，如酒精和胺，也会消耗电解质，影响电池的性能。例如，庄全潮等人研究了有机电解质中甲醇杂质对石墨电极性能的影响，发现当有机电解质中甲醇含量超过0.5%时，石墨电极充放电循环的可燃性会被完全破坏。在充电过程中，金属杂质离子首先沉积在碳阴极表面，影响电解的锂电导率。

显然，有机电解质必须配置在清洁、干燥(湿度小于10×10-6)的环境中(如实验室常用的手套箱)。同时，尽可能采用一种可行的方法来消除锂盐和有机试剂中的杂质，并且缓慢配置电解液，防止锂盐溶解过程中放热引起的热分解反应。在电解液使用前，应采用科学的方法进行检测，确保电解液满足锂离子电池的工作要。

有机电解质中最常见的杂质是水。通过蒸馏除去大部分水，然后加入0.4nm或0.5nm活性沸石密封，可以达到降低实验室含水量的目的。该方法不仅可以减少水，还可以吸收一些小分子的溶剂，有利于提高电解液的纯度。但是要注意的是，由于分子筛具有离子交换功能，假如将普通钠分子筛长时间放置在电解液中，钠离子可能会被引入到有机电解液中，影响电池性能。因此，在使用分子筛去除杂质的过程中，最好选用锂分子筛。通过交换1mol/L的LiC1O4/乙醇或1mol/L的LiF/乙醇溶胶，可以得到锂沸石