海默生粘度计在线测量锂电池电解液粘度

介绍

电解液是锂离子电池四大关键材料(正极、负极、隔膜、电解液)之一,号称锂电池的血液,在电池中正负极之间起到传导电子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。

而离子电导率正是高性能电解液最重要的指标,影响电解液离子电导率的三个影响因素有:锂盐的解离能力,电解液的溶剂化能力,体系的粘度

有机电解液的基本成分包括锂盐(提供载流子:Li+)、有机溶剂(解离锂盐、提供Li+传输介质)、添加剂(少量使用、改善性能)。其中常用的有机溶剂有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等。由于不同的混合比例或者配方成分导致电解液粘度不同。

海默生VJ一体式在线粘度计

采用海默生VJ一体式粘度计可以在线测量电解液的实时粘度变化,本文中测量了不同比例有机溶剂的电解液粘度,以期提高电解液的离子电导率,为锂电池生产中的质量控制提供可靠有效的参考。

方法

仪器:英国海默生Hydramotion公司 VJ一体式粘度计

EMC: 碳酸甲乙酯

DMC: 碳酸二甲酯

EC: 碳酸乙烯酯

LiClO4: 高氯酸锂

测量纯溶剂在不同比例时(EMC:DMC:EC)的粘度差异。然后,研究了EC和锂盐浓度对电解液粘度的影响。

结果与讨论

不同成分有机溶剂的粘度:

图1 不同成分有机溶剂的粘度-温度曲线

两种不同成分的有机溶剂随温度增加粘度均有明显的下降,其中含有EC的有机溶剂粘度较大,但是随温度的增加粘度下降的较快。

表1 不同成分有机溶剂的粘度数据表

两种成分有机溶剂的粘度在25℃下具有明显的差异:加入EC的有机溶剂粘度为1.021±0.004mPa·s,与水的粘度接近,而不含有EC的有机溶剂粘度仅为0.614±0.004mPa·s。

EC浓度对粘度的影响:

图2 电解液粘度随EC浓度变化曲线

 

表2 电解液粘度随EC浓度变化数据表

结果显示,随着EC浓度逐渐粘度逐渐增大,较高的EC浓度可能会抑制电解液的离子电导率,降低电池性能。

锂盐浓度对电解液粘度的影响:

图3 电解液粘度随  高氯酸钾浓度变化曲线

表3 电解液粘度随高氯酸钾浓度变化数据表

离子电导率与锂盐浓度成正比,与电解质的粘度成反比(电解质的斯托克斯定律电导率),所以配方工作者需要在两者中找到合适的平衡点。

 

VJ一体式在线粘度计的安装

 


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