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，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、凝固點和沸點等。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，溶劑又是決定作業(yè)電解液運用溫度規(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℃)，室溫時為結(jié)晶固體。沸點：248℃/760mmHg ，243-244℃/740mmHg；閃點：160℃；密度：1.3218；折光率：1.4158(50℃)；熔點：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-43℃；沸點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、高的沸點和低的凝固點。
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)定性兩個角度，分別介紹了無閃點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，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，做這項實驗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)品物理危險性鑒定與分類管理辦法》及《關(guān)于危險貨物運輸?shù)慕ㄗh書》中對于危化品易燃液體分類包裝存儲運輸明確規(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
• 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，同時可以附帶溫度和壓力變化圖
•  Fast Mode^TM方法：運行D5191和D5188
• 防振動和防碰撞認(rèn)證：EN60721-3-2
• 多點測試功能：可任意設(shè)定10個溫度點（0-120℃間，非等間距溫度設(shè)置），一次進(jìn)樣，得出多點測試結(jié)果。適合評價油品和研究
• 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、、方便的實驗室/在線檢測儀器儀表。

       Grabner儀器公司團(tuán)隊富于創(chuàng)新，產(chǎn)品設(shè)計*，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，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)新閃點試驗標(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