海默生粘度計在線測量鋰電池電解液粘度

介紹

電解液是鋰離子電池四大關鍵材料(正極、負極、隔膜、電解液)之一,號稱鋰電池的血液,在電池中正負極之間起到傳導電子的作用,是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優點的保證。

而離子電導率正是高性能電解液最重要的指標,影響電解液離子電導率的三個影響因素有:鋰鹽的解離能力,電解液的溶劑化能力,體系的粘度

有機電解液的基本成分包括鋰鹽(提供載流子:Li+)、有機溶劑(解離鋰鹽、提供Li+傳輸介質)、添加劑(少量使用、改善性能)。其中常用的有機溶劑有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等。由于不同的混合比例或者配方成分導致電解液粘度不同。

海默生VJ一體式在線粘度計

采用海默生VJ一體式粘度計可以在線測量電解液的實時粘度變化,本文中測量了不同比例有機溶劑的電解液粘度,以期提高電解液的離子電導率,為鋰電池生產中的質量控制提供可靠有效的參考。

方法

儀器:英國海默生Hydramotion公司 VJ一體式粘度計

EMC: 碳酸甲乙酯

DMC: 碳酸二甲酯

EC: 碳酸乙烯酯

LiClO4: 高氯酸鋰

測量純溶劑在不同比例時(EMC:DMC:EC)的粘度差異。然后,研究了EC和鋰鹽濃度對電解液粘度的影響。

結果與討論

不同成分有機溶劑的粘度:

圖1 不同成分有機溶劑的粘度-溫度曲線

兩種不同成分的有機溶劑隨溫度增加粘度均有明顯的下降,其中含有EC的有機溶劑粘度較大,但是隨溫度的增加粘度下降的較快。

表1 不同成分有機溶劑的粘度數據表

兩種成分有機溶劑的粘度在25℃下具有明顯的差異:加入EC的有機溶劑粘度為1.021±0.004mPa·s,與水的粘度接近,而不含有EC的有機溶劑粘度僅為0.614±0.004mPa·s。

EC濃度對粘度的影響:

圖2 電解液粘度隨EC濃度變化曲線

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表2 電解液粘度隨EC濃度變化數據表

結果顯示,隨著EC濃度逐漸粘度逐漸增大,較高的EC濃度可能會抑制電解液的離子電導率,降低電池性能。

鋰鹽濃度對電解液粘度的影響:

圖3 電解液粘度隨 ?高氯酸鉀濃度變化曲線

表3 電解液粘度隨高氯酸鉀濃度變化數據表

離子電導率與鋰鹽濃度成正比,與電解質的粘度成反比(電解質的斯托克斯定律電導率),所以配方工作者需要在兩者中找到合適的平衡點。

 

VJ一體式在線粘度計的安裝

 


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