电解液中的有机溶剂有何功能

电解液主体部分是溶剂，商用锂离子电池电解液通常选用非水系有机溶剂，有机溶剂的性质较大程度上决定了电解液的性质。  



图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》  

电解液中的有机溶剂，主要承担着溶解锂盐的功能。

溶剂的熔沸点、粘度、稳定性、与正负极材料的相容性等理化特性可以对锂离子电池的电化学性能、寿命、安全性产生影响。

 

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》  

1、电解液溶剂的特点  

（1）较高的介电常数和较低的粘度。因为锂盐具有较大的极性，所以只有当溶剂具有较高的介电常数和较大的极性时，才能保证锂盐在溶剂中的溶解度较高。  

但是，具有较高介电常数的溶剂，一般具有较高的粘度。如果溶剂粘度过高，将对锂离子的迁移产生负面影响。  

因此，选择有机溶剂时，在保持较高的介电常数的同时，需将粘度控制得相对低。  

（2）较高的沸点与较低的熔点。至少在-40~150℃温度范围内为液体，以保证电解液在较宽的温度范围内可以正常工作。  

（3）与电解液类似的其它要求，包括：较好的化学稳定性、电化学稳定性、安全性等。  

单一成分的溶剂较难满足以上全部要求。例如，介电常数高的溶剂，粘度一般偏高。将高介电常数溶剂与低粘度溶剂按照一定比例混合得到混合溶剂，可以解决上述问题。    

2、碳酸酯类溶剂  

碳酸酯类溶剂是锂离子电池工业最早且最广泛应用的有机溶剂体系。在锂离子电池电解液中，具有不可替代的地位。  

目前，常用的碳酸酯类溶剂包括环状酯和线性酯两个大类。  

2.1 环状碳酸酯溶剂  

常见的环状碳酸酯溶剂包括：碳酸乙烯酯（EC）和碳酸丙烯酯（PC）。两者结构式基本类似，碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯介电常数较高，室温粘度较大。

 

图片来源：根据学堂在线《锂离子电池材料与技术》资料制作  

碳酸丙烯酯比碳酸乙烯酯多一个甲基（由一个碳原子和三个氢原子组成的分子团），碳酸丙烯酯不对称性明显。  

碳酸丙烯酯室温下为无色液体，液态温度范围更宽，与石墨负极材料兼容度不佳，逐渐不作为锂离子电池电解液的溶剂（根据网络资料理解：目前仍作为锂离子电池电解液溶剂）。  

碳酸乙烯酯熔点为36.4℃，室温下为无色晶体。碳酸乙烯酯综合性能更优且成本更低。目前，电解液有机溶剂基本以碳酸乙烯酯（EC）作为主要溶剂。  

2.2 线性链状碳酸酯溶剂（线性酯）  

线性链状碳酸酯溶剂包括：碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（EMC）、碳酸甲乙酯（EMC）。上述三种物质分子结构对称性相对较高，介电常数与室温下粘度较低，且室温下均为无色液体。  



图片来源：根据学堂在线《锂离子电池材料与技术》资料制作  

如果在线性链状碳酸酯中，混入环状碳酸乙烯酯（EC），可以改善温度范围、介电常数、粘度等，可满足锂离子电池使用需求。    

3、羧酸酯类溶剂  

羧酸酯类溶剂包括：甲酸甲酯（MF）、乙酸甲酯（MA）、丁酸甲酯（MB）、丙酸乙酯（EP）。  



图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》  

羧酸酯的凝固点平均比碳酸酯低20~30℃，粘度较小，可以显著提高锂离子电池低温特性。  

但是，羧酸酯整体稳定性低于碳酸酯，对锂离子电池的高温循环与存储等寿命具有负面影响。目前，暂未作为溶剂大量使用。  

审核编辑：刘清