锂离子电池电解液添加剂化学合成与性能研究

付国强，李洪霞

（山东鲁北企业集团总公司，山东 滨州 251900）

摘  要：针对锂离子电池高电压循环时电解液分解、界面膜不稳定以及容量衰减等问题，选择含氟碳酸酯类添加剂开展合成与性能验证工作。添加剂经过取代反应、减压精馏以及分子筛脱水等处理后，纯度达到99.1%且水分为16.8mg/kg，当添加量为2%时，首次库仑效率上升至90.7%且200次循环容量保持率达89.3%，适量的添加剂有助于构建稳定的界面膜、降低阻抗增长并提升电池循环可靠性。

关键词：锂离子电池；电解液添加剂；化学合成；界面膜；循环稳定性

0 引言

高镍正极锂离子电池在4.4V条件下运行时，电解液氧化分解和负极界面损伤更明显，活性锂持续消耗会对容量保持能力造成削弱。电解液添加剂用量虽少，却能通过优先反应调控界面膜结构，从而改善电池性能。围绕添加剂合成纯度、含水量、配比变化和电化学性能关系展开分析，可为电解液体系优化提供实验依据。环状结构是一种常见且重要的化学结构，环状添加剂在近年来被广泛研究及应用。

1 电解液添加剂分子设计与化学合成

1.1 锂离子电池电解液性能需求分析

高镍正极电池在电压>4.4V运行时，碳酸酯电解液易氧化分解，负极界面膜反复破裂的情况下会消耗活性锂，基础电解液需要具备较高离子电导率和较低水分含量以及稳定成膜能力。实验过程中要控制水分<20mg/kg且电导率>9.8mS/cm，以此为添加剂筛选提供稳定可靠的体系。

1.2 添加剂功能基团与分子结构设计

添加剂分子设计把优先成膜和抑制副反应当作核心，通过引人含氟基团提升界面膜的致密性，并引人碳酸酯结构增强和基础溶剂的相容性。目标分子的分解电位比EC低，可在负极表面提前还原。添加量设置为0、1%、2%、3%，用于比较不同结构对界面调控效果的贡献。这个设计能够同时兼顾电解液黏度、电导率以及储存稳定性，防止因添加剂过量而导致离子迁移阻力升高，让结构设计和后续的电化学性能测试形成对应关系。

1.3 添加剂合成反应路线确定

合成路线是让卤代碳酸酯和含氟醇类原料进行取代反应，合成反应路线如图1所示。反应体系选择无水乙作为溶剂，碳酸钾作为缚酸剂来使用，原料摩尔比控制在1:1.15。反应在氮气保护的环境下开展，温度设定为65℃并持续6h，让目标产物生成率达到82.6%，同时减少水解副产物的形成。这条路线的反应条件比较温和，原料的获取来源相对容易，后处理能够通过过滤减压精馏和脱水来完成，适合后续开展小批量制备以及性能验证工作。

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