一、       鋰電池簡介

鋰電池（Lithium battery）是指電化學(xué)體系中含有鋰（包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物）的電池。

鋰離子電池的基本構(gòu)成包括：正極、負(fù)極、電解液、其他配件等等。鋰離子電池由于具有能量密度高、輸出電壓高、循環(huán)壽命長、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，在電子產(chǎn)品、電動汽車、航空航天等領(lǐng)域有著極其重要的應(yīng)用。

圖1 鋰離子電池的基本組成

• 電解液主要成分

在鋰離子電池中zui重要的組成部分是電極材料和電解液。

圖2 電解液常用組成

溶劑是溶質(zhì)和添加劑的載體。溶劑是溶質(zhì)周圍的微觀環(huán)境，它決定溶質(zhì)的離子化和溶劑化程度。溶劑的性質(zhì)取決于它的成分和分子結(jié)構(gòu)。溶劑分子相互間的作用力決定著溶劑的粘度、蒸汽壓、凝固點(diǎn)和沸點(diǎn)等。溶劑分子和溶質(zhì)分子間的作用力又影響溶質(zhì)的溶解度和溶劑化程度。同時(shí)，溶劑又是決定作業(yè)電解液運(yùn)用溫度規(guī)模的關(guān)鍵因素之一，對電解電容器電功能影響極大。其中，鋰電池電解液的主要溶劑成分如下：

　　1.碳酸乙烯酯：分子式： C₃H₄O₃

　　透明無色液體(>35℃)，室溫時(shí)為結(jié)晶固體。沸點(diǎn)：248℃/760mmHg ，243-244℃/740mmHg；閃點(diǎn)：160℃；密度：1.3218；折光率：1.4158(50℃)；熔點(diǎn)：35-38℃；本品是聚丙烯腈、聚氯乙烯的良好溶劑。在電池工業(yè)上，可作為鋰電池電解液的優(yōu)良溶劑。

　　2.碳酸丙烯酯 分子式：C₄H₆O₃

是一種優(yōu)良的極性溶劑。本產(chǎn)品主要用于高分子作業(yè)、氣體分離工藝及電化學(xué)。

　　3.碳酸二乙酯 分子式：CH₃OCOOCH₃

　　無色液體，稍有氣味；蒸汽壓1.33kPa/23.8℃；閃點(diǎn)25℃（可燃液體能揮發(fā)變成蒸汽，跑入空氣中。溫度升高，揮發(fā)加快。）熔點(diǎn)-43℃；沸點(diǎn)125.8℃；溶解性：不溶于水，可混溶于醇、酮、酯等多數(shù)有機(jī)溶劑；密度：相對密度(水=1)1.0；相對密度(空氣=1)4.07；穩(wěn)定性：穩(wěn)定；危險(xiǎn)標(biāo)記7(易燃液體)；主要用途：用作溶劑及用于有機(jī)合成。

為保證鋰離子電池產(chǎn)品的高溫長壽命，對電解液用的溶劑有如下基本需求：

1. 具有寬的溫度改變規(guī)模、高的沸點(diǎn)和低的凝固點(diǎn)。
2. 具有小的飽和蒸汽壓。由于電解液飽和蒸汽壓取決于溶劑的飽和蒸汽壓，而有小的飽和蒸汽壓的電解液，可大大提高電池的壽命。
3. 需求有較低的粘度，且粘度隨溫度改變要平整。由于低粘度，離子的搬遷快，改進(jìn)了電解電容器的頻率特性；同時(shí)低粘度也易浸透入陽極微孔中，使電解電容器的等效串聯(lián)電阻削減。
4. 盡可能有較大的電容率和較小的介質(zhì)損耗。
5. 化學(xué)穩(wěn)定性好，與它相接觸的材料不被腐蝕和不被溶脹。
6. 易于溶解溶質(zhì)，溶劑一溶質(zhì)間有*的溶劑化效應(yīng)。
7. 無毒或毒性極低，環(huán)保型溶劑。

• 電解液蒸汽壓的重要性

近年來關(guān)于鋰離子電池引發(fā)的火災(zāi)甚至爆炸的報(bào)道己屢見不鮮，主要是由于在電池高溫使用過程中，電解液的蒸汽壓越大，揮發(fā)性越大，造成了電池內(nèi)部壓力過大的結(jié)果。因此，鋰離子電池的安全問題引起人們普遍的關(guān)注；同時(shí)安全問題也是制約鋰離子電池向大型化、高能化方向發(fā)展的瓶頸。

• 蒸汽壓測定儀在電解液的生產(chǎn)安全研究方面的應(yīng)用

在《鋰離子電池電解液的安全性研究進(jìn)展》文章中從電解液的燃燒性能和電池電極材料的熱穩(wěn)定性兩個(gè)角度，分別介紹了無閃點(diǎn)溶劑和阻燃電解液方面的研究狀況，以及電極材料與電解液之間和電解液自身的熱穩(wěn)定性的影響因素和改善其熱穩(wěn)定性的措施。

在通常狀況下，傳統(tǒng)的己二酸銨/乙二醇加水體系工作電解液基礎(chǔ)上，通過調(diào)整組分，使電解液的沸點(diǎn)提高，蒸汽壓降低，組合成能滿足要求的優(yōu)良電解液，適用范圍從-40~+85℃拓寬到-40~+105℃，且不必加入另外的任何添加劑。

在溶劑方面，單用乙二醇已經(jīng)可以滿足135℃使用要求，但由于使用了氣密性好的丁基膠，選擇乙二醇以及其它多元醇類溶劑混合來降低飽和蒸汽壓，更能有效的防止電容器高溫工作時(shí)過早鼓底。

• 蒸汽壓測定儀在軟包裝鋰離子電池研究方面的應(yīng)用

在中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院發(fā)表的《軟包裝鋰離子電池有機(jī)電解液的電化學(xué)行為》一文中制備了軟包裝鋰離子電池，并研究了電解質(zhì)與四種混合溶劑的電解液組成的鋰離子電池。并測試了電解液的蒸汽壓和電池的高溫貯存性能等。

在文中，作者研究了電解液的電化學(xué)特性，以及γ-丁內(nèi)酯對電解液蒸汽壓的影響。提到軟包裝鋰離子電池在338K的溫度環(huán)境下工作時(shí)，電池的厚度變化小，電池安全性好。軟包裝鋰離子電池由于所采用的鋁塑復(fù)合膜質(zhì)地柔軟，很小背壓，會導(dǎo)致電池嚴(yán)重膨脹。因此，要求電解液在323K以上的溫度環(huán)境中具有更低的蒸汽壓。

圖3為電解液1mol/L LiPF6 EC/DMC(質(zhì)量比1:1)，1mol/L LiPF₆ EC/GBL(質(zhì)量比4:3)和1mol/L LiPF₆ EC/DMC/GBL (質(zhì)量比4:4:3)在273~373K溫度范圍內(nèi)的蒸汽壓。由圖可知，EC/DMC電解液的蒸汽壓值隨著溫度的升高而迅速增大，尤其是當(dāng)溫度高于313K，蒸汽壓的變化速率非常大。EC/ GBL與EC/DMC/GBL電解液的蒸汽壓的變化較小，說明這兩種電解液受到的溫度影響較小。

圖3 電解液蒸汽壓與溫度的變化關(guān)系

a ：1mol/L LiPF₆ EC/DMC(質(zhì)量比1:1)

b ：1mol/L LiPF₆ EC/GBL(質(zhì)量比4:3)

            c ：1mol/L LiPF₆ EC/DMC/GBL (質(zhì)量比4:4:3)

總的來說，做這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究的主要目的就是研究如何才能讓電解液的蒸汽壓減小，增加電池的使用壽命。

• 蒸汽壓測定儀在電解液的運(yùn)輸和存儲中的應(yīng)用

電解液一般都是易燃的有機(jī)溶劑，如果其蒸汽壓非常大，很容易就會揮發(fā)，那么在存貯或使用過程中會有蒸發(fā)散失，同時(shí)揮發(fā)出的蒸汽和空氣結(jié)合，遇到明火后很容易就會發(fā)生火災(zāi)或者是爆炸。所以，國家安監(jiān)總局印發(fā)的關(guān)于《化學(xué)品物理危險(xiǎn)性鑒定與分類管理辦法》及《關(guān)于危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸?shù)慕ㄗh書》中對于危化品易燃液體分類包裝存儲運(yùn)輸明確規(guī)定了蒸汽壓測試的必要性。因此，蒸汽壓的測試是非常有必要的。

GRABNER MINIVP VP VISION

飽和蒸汽壓測試儀產(chǎn)品介紹

• 屏幕：10英寸工業(yè)級全彩觸摸屏
• 壓力范圍： 0-2000kpa
• 溫度和壓力的精度為±0.01
• 現(xiàn)代化的APP操作界面
• *的2-D Correction^TM算法，在滿量程內(nèi)具有zui高的度。
• Sampling Pro^TM閥，更有效的防止樣品交叉污染。
• 溫度和濕度的耐受性認(rèn)證：EN60068-2-1、EN60068-2-78、EN60068-2-14
• 具有測試完成提示功能
• 原油測試無需額外的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可直接進(jìn)樣
• 數(shù)據(jù)存儲量巨增，大于100,000個(gè)
• 具有結(jié)果查詢系統(tǒng)功能
• 具有Cockpit^TM軟件功能，可以輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和局域數(shù)據(jù)分享與整合。
• 氣液比：0.02-100/1
• *的熱電溫度控制系統(tǒng)---無需額外的冷卻系統(tǒng)，輕輕松松快速降溫
• *的活塞自潤滑系統(tǒng)，大大延長了活塞系統(tǒng)的使用
•  具有中英文等多種操作語言，用戶也可以自己定義
•  PDF結(jié)果導(dǎo)出格式，同時(shí)可以附帶溫度和壓力變化圖
•  Fast Mode^TM方法：運(yùn)行D5191和D5188
• 防振動和防碰撞認(rèn)證：EN60721-3-2
• 多點(diǎn)測試功能：可任意設(shè)定10個(gè)溫度點(diǎn)（0-120℃間，非等間距溫度設(shè)置），一次進(jìn)樣，得出多點(diǎn)測試結(jié)果。適合評價(jià)油品和研究
• 程序微掃功能：可以設(shè)定間隔從1 ℃到10 ℃ ，等間距溫度的蒸汽壓曲線測試功能（0-120 ℃ ），適合評價(jià)油品和研究

•  公司簡介
• 是世界上的石油石化產(chǎn)品檢測儀器制造廠商，于1987年由Dr. Werner Grabner 創(chuàng)建，總部位于美麗的音樂之城維也納。
•         “創(chuàng)新、質(zhì)量、用戶滿意”的價(jià)值理念，20多年來不斷為石油石化領(lǐng)域的客戶提供、、方便的實(shí)驗(yàn)室/在線檢測儀器儀表。

       Grabner儀器公司團(tuán)隊(duì)富于創(chuàng)新，產(chǎn)品設(shè)計(jì)*，早在1999年就開發(fā)出新型的蒸汽壓測試方法，并為ASTM協(xié)會采納收編成ASTM D6377、6378和

ASTM D6450系列標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，Dr. Grabner被ASTM協(xié)會授予“杰出成就獎”。2003年，Grabner儀器公司再次被ASTM協(xié)會授予“杰出成就獎”，以表彰Grabner在開發(fā)新閃點(diǎn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法ASTM D6450和ASTM D7094標(biāo)準(zhǔn)中的杰出貢獻(xiàn)。1993年，Grabner儀器公司在業(yè)界通過ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量得到客戶稱贊。

上海人和科學(xué)儀器有限公司