做锂电池如何去选择电解液？

核心选择依据：首先要明确你的电池应用最关键的需求是什么？是工作电压？是能量密度？功率密度？安全性？工作温度？成本？，本篇内容主要从以上几个方面来讲述！

1. 
   电池的工作电压：

• 依据： 电解液必须在其电化学稳定窗口内工作。超出这个窗口，电解液会分解（氧化或还原），导致电池失效甚至危险。

• 如何选择：

  • 高电压电池 (如 > 4.3V vs. Li⁺/Li)： 必须选择有机液态电解液（因其宽电化学窗口，可达4.5V以上）或固态电解质（部分类型窗口很宽）。水系电解液（窗口窄，约1.23V）和熔融盐电解液（窗口中等）通常不适用。

  • 中/低电压电池 (如 水系电解液（成本低、安全）、有机液态电解液、部分固态电解质或熔融盐电解液都可能是候选。

• 能量密度与功率密度需求：

  

• 依据： 离子电导率直接影响充放电速率（功率密度）；电解液与电极材料的兼容性（界面阻抗）影响能量利用效率和倍率性能。能量密度还受电解液本身重量/体积影响。

• 如何选择：

  • 追求高功率密度 (快充快放)： 优先选择高离子电导率的电解液。有机液态电解液通常具有最高的室温离子电导率（10⁻² S/cm量级），其次是熔融盐电解液（高温下）。固态电解质的离子电导率普遍较低（尤其是室温下），界面阻抗也较大，是快充的主要瓶颈。水系电解液离子电导率也很高（得益于水的特性）。

  • 追求高能量密度： 需要支持高电压正极和/或高容量负极（如硅、锂金属），这又回到电压窗口限制。通常有机液态电解液仍是首选。固态电解质理论上能兼容锂金属负极（解决枝晶问题），是提升能量密度的潜力方向。

• 安全性与稳定性要求：

• 依据： 电解液的挥发性、闪点、热稳定性、化学稳定性直接影响电池的热失控风险和长期循环稳定性。

• 如何选择：

  • 最高安全性需求 (如大规模储能、可穿戴设备)：固态电解质是首选（不挥发、不易燃、抑制枝晶）。水系电解液（不易燃）也是高安全选择。有机液态电解液（易挥发、易燃）安全性相对最低，需通过添加剂、阻燃溶剂或包覆改性来提升。

  • 长期循环稳定性： 要求电解液与电极材料界面稳定，副反应少。这需要仔细选择有机液态电解液的溶剂/锂盐组合，或开发界面稳定的固态电解质。水系电解液需解决析氢/析氧问题。

• 工作温度范围：

• 依据： 电解液的离子电导率、粘度、凝固点、熔点等物理化学性质随温度变化。

• 如何选择：

  • 宽温域 (-40°C 到 80°C+)：有机液态电解液通常具有较宽的工作温度范围（尤其低温性能较好）。水系电解液低温下易结冰（需防冻添加剂）。熔融盐电解液需要高温维持液态（>200°C）。固态电解质的低温性能（离子电导率骤降）和高温稳定性（部分会分解）是需要重点突破的方向。

• 成本与制造工艺：

• 依据： 电解液原料成本、纯度要求、电池组装工艺的复杂性。

• 如何选择：

  • 低成本、大规模应用 (如消费电子、储能)：水系电解液（水便宜）和成熟的有机液态电解液（规模化生产降低成本）具有优势。固态电解质（尤其是氧化物、硫化物）目前成本高，制造工艺（如薄膜沉积、高温烧结）复杂，成本是主要挑战。熔融盐电解液需要高温运行，系统成本高。

    

本文源自微信公众号：一起学电池

原文标题：《做锂电池如何去选择电解液？》

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