新型電解液添加劑亞硫酸甘油酯的應(yīng)用

邢彤 竇加俊(天津金牛電源材料有限責(zé)任公司，天津 300400)

0 引言

鋰電池在生活中十分常見(jiàn)，可根據(jù)其工作原理，加工為手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)汽車使用電池，但是近年來(lái)電池爆炸類事故屢見(jiàn)不鮮，在為電池使用者敲響警鐘的同時(shí)，還需通過(guò)科學(xué)方式提升鋰電池的使用安全性，在國(guó)家推廣新能源汽車的視閾下，電動(dòng)汽車擁有良好的行業(yè)前景與發(fā)展空間，鋰電池自身的電容、電流、電壓等屬性不但通過(guò)有效設(shè)置，讓鋰電池在自身工作期間，達(dá)到對(duì)應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境的使用要求。一般鋰離子電池可寫出化學(xué)表達(dá)式，說(shuō)明鋰離子電池是一種聚合物，鋰電池內(nèi)部電解液不但可為鋰電池工作帶來(lái)源源不斷的能量，考慮到其本身具有高熔點(diǎn)特點(diǎn)，當(dāng)電池運(yùn)行于高溫環(huán)境時(shí)，鋰電池也不易自燃。

現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)下，鋰電池中存在的DMC等物質(zhì)較易發(fā)生自燃，添加適量硫元素溶劑可幫助提升鋰電池的穩(wěn)定性，在可持續(xù)發(fā)展理念下，生產(chǎn)具有一定使用年限、作為有害垃圾回收難度小的鋰電池，讓鋰電池的安全性顯著提升。在電池自身發(fā)生電解反應(yīng)時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生的氧化膜會(huì)對(duì)電池結(jié)構(gòu)造成破壞，為此改變現(xiàn)有電池生產(chǎn)技術(shù)，添加亞硫酸酯電解液，也可讓其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

亞硫酸甘油酯對(duì)應(yīng)的衍生物不但利于研究，實(shí)驗(yàn)成本偏低，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程較易操作，本身不造成大量污染的同時(shí)，因化學(xué)反應(yīng)式較清晰，在生成全新亞硫酸甘油酯環(huán)狀化合物后，還可讓亞硫酸甘油酯衍生物充分與電解液反應(yīng)，合成苯環(huán)過(guò)程凸顯高效特點(diǎn)，反應(yīng)過(guò)程易控制。亞硫酸甘油酯結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，也可生成π鍵，在合成全新化合物期間能保持穩(wěn)定化學(xué)特性，將其用做電解液時(shí)，也間接讓電池循環(huán)作用能力降低，反映最終結(jié)果是生成了多個(gè)甘油酯類化合物。

1 電解液添加亞硫酸甘油酯的應(yīng)用

在電解液添加亞硫酸甘油酯，不但可通過(guò)控制反應(yīng)物劑量方式，讓不同種類溶質(zhì)快速溶解的同時(shí)，讓對(duì)應(yīng)生成物的產(chǎn)量有所控制。進(jìn)行添加過(guò)程中還需注意副產(chǎn)物帶來(lái)的不利影響，也可看出相關(guān)產(chǎn)物的收益率將在反應(yīng)12h左右達(dá)到最大值，后逐漸趨于穩(wěn)定，且反應(yīng)過(guò)程速度在前幾小時(shí)達(dá)到最快，為此可考慮在反應(yīng)12h左右收集溶質(zhì)，可達(dá)到反應(yīng)預(yù)期目標(biāo)。

考慮到亞硫酸甘油酯的全新衍生物有多個(gè)，對(duì)應(yīng)的酯化反應(yīng)不但讓相關(guān)羚基完成酯化過(guò)程，苯環(huán)在反應(yīng)期間不斷生成。苯環(huán)要在對(duì)應(yīng)取代位置進(jìn)入羚基內(nèi)，對(duì)副產(chǎn)物的收集整理也需引起重視，也因反應(yīng)一般不完全，反應(yīng)速率呈明顯變慢趨勢(shì)的同時(shí)，空間位阻也會(huì)隨之變化，當(dāng)衍生物和中間體發(fā)生明顯異構(gòu)現(xiàn)象時(shí)，因相關(guān)原子被固定，不能有效旋轉(zhuǎn)完成一次異構(gòu)轉(zhuǎn)化的同時(shí)，因異構(gòu)體波峰具有獨(dú)立特點(diǎn)，生成波峰也將對(duì)衍生物含量造成影響。

在添加有差異濃度的電解液時(shí)，電池將逐漸失去放電特性，不論是放電速度還是電池剩余容量都有明顯下降趨勢(shì)，電池在反復(fù)充放電過(guò)程中，電池支持的最大容量將有恢復(fù)趨勢(shì)。電解液在循環(huán)作用、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)期間，電荷也會(huì)隨電池容量降低而不斷減小，直至電池耗盡不再產(chǎn)生電流與電荷。

2 電解液和亞硫酸甘油酯相關(guān)內(nèi)容的思考與探討

在電解液中添加亞硫酸甘油酯，不但有助于研究鋰電池的工作原理，還可通過(guò)有效地分析探討途徑，探究相關(guān)新能源行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)與動(dòng)向。以新能源汽車為例，在我國(guó)新能源汽車得以問(wèn)世后，早期以插電式混合動(dòng)力汽車為主的能源形式在未得到多數(shù)車主認(rèn)可前，很多人對(duì)鎳氫電池和鉛酸電池的安全性產(chǎn)生懷疑，因國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)在逐年更新，最早一批電池的工作原理是將電芯作業(yè)于硫酸溶液內(nèi)，因彼此之間會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可給混動(dòng)汽車帶來(lái)一定里程續(xù)航。因硫酸與鉛的反應(yīng)速率較快，在反應(yīng)結(jié)束后電池將逐漸失去對(duì)汽車的控制作用，在電池技術(shù)被人詬病的同時(shí)，后續(xù)通過(guò)優(yōu)化鉛酸電池體積與容量、續(xù)航性等多種方式，讓電池?fù)碛懈鼜V闊的應(yīng)用前景。

后續(xù)還出現(xiàn)鎳氫電池以取代早期的鉛酸電池，電池作用期間通過(guò)內(nèi)部發(fā)生氧化還原反應(yīng)，讓電池得以有效運(yùn)行。與鉛酸電池相比，鎳氫電池操作難度小、污染性低，且電池多為堿性，進(jìn)而成為鉛酸電池的取代產(chǎn)品被社會(huì)廣為利用。鋰電池與鉛酸電池和鎳氫電池相比，具有更低的生產(chǎn)成本，鋰本身具有密度小的特點(diǎn)，因?qū)?yīng)金屬元素外部有雙電子層包裹，讓鋰本身不易被極化，因此在鋰電池充放電期間，將具有穩(wěn)定性質(zhì)。鋰電池一般在正負(fù)極位置設(shè)置石墨板，電解液作用期間，一般要對(duì)電池設(shè)置最大容量和實(shí)際容量，最大容量值一般在實(shí)際電量的1.2倍左右，不同的陰極材料也將對(duì)電池使用期間的安全性帶來(lái)影響。

我國(guó)部分城市近年來(lái)出現(xiàn)機(jī)動(dòng)車保有量過(guò)大、地面交通難以滿足需要等問(wèn)題后，陸續(xù)推出了限號(hào)政策。鋰電池的出現(xiàn)不但為車主提供了豐富多樣的選擇，使用與電池型號(hào)一致的電解液也將讓電池良好運(yùn)行，還需注意到在電解液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)期間，充放電速率具有一定變化規(guī)律，當(dāng)電池在低電壓狀態(tài)下放電后，會(huì)接續(xù)生成一個(gè)電壓平臺(tái)，在實(shí)現(xiàn)一次充放電過(guò)程的同時(shí)，電極膜也會(huì)隨之生成，若在鋰電池內(nèi)添加其他金屬元素成分，還可適當(dāng)改變反應(yīng)速率。因電池一般有使用壽命，電池在完成一次電解過(guò)程后，即會(huì)發(fā)生一次化學(xué)反應(yīng)，充電與放電期間產(chǎn)生的能量也會(huì)發(fā)生變化。電池完成一次完全充放電的過(guò)程也可視做一次運(yùn)行循環(huán)，也可考慮通過(guò)在電解液中用加入添加劑的方式，讓電池的運(yùn)行與循環(huán)效率得到顯著提升，另外添加劑的使用正確程度也將影響電池往復(fù)循環(huán)與充放電的速率。在電池充放電的同時(shí)，鋰元素在電池內(nèi)部的變化速率與電池循環(huán)周期因素息息相關(guān)，若在電解液內(nèi)不添加任何其他元素金屬，電池老化現(xiàn)象較突出，主要表現(xiàn)為不能完全充放電，為此展開專項(xiàng)測(cè)試。根據(jù)鋰的金屬特性判定電池的預(yù)期完全充放電次數(shù)，很多電池在實(shí)際使用期間曾存在不能完全放電即充電，或過(guò)度充電的問(wèn)題，也將讓電池加速老化，電池預(yù)期使用壽命也將縮減，后續(xù)電池的續(xù)航能力也將呈明顯萎縮趨勢(shì)，為此需提升電池的對(duì)應(yīng)質(zhì)量。

根據(jù)鋰電池的運(yùn)行特性，使用測(cè)試手段，將三個(gè)燒杯中分別添加不含有其他種類溶劑的電解液和丁二酸酯與草酸酯。觀察連續(xù)充放電期間電壓與電阻的變化情況，可得出電池在充放電期間存在阻抗作用，不但影響導(dǎo)電效果，還可分析出電荷量與電池的阻抗能力都在隨反應(yīng)的深入而有所變化。電池自身所帶的石墨電極在自然氧化條件下，將逐漸降低化學(xué)反應(yīng)活躍性，隨著時(shí)間的推移，電池在持續(xù)工作多天后，不但在其表面會(huì)出現(xiàn)明顯的老化特征，電池內(nèi)部的石墨量也將明顯下降，電池的導(dǎo)電性能也將逐漸變差，添加不同種電解液，對(duì)反應(yīng)速率具有一定抑制作用。電池在水中容易將其中的氧化膜電解為其他成分，電池的阻抗性將有所提升，為此加入合適的添加劑將幫助提升電池的運(yùn)行穩(wěn)定，這也是電池的日常維護(hù)保養(yǎng)所需要的知識(shí)。使用添加劑后，不但影響電池的性能與對(duì)應(yīng)電解液的氧化分解能力，還通過(guò)生成氧化膜的形式，保護(hù)對(duì)應(yīng)電極，因電池的老化與破損一定程度不可避免，對(duì)電流量計(jì)算發(fā)現(xiàn)電流變化趨勢(shì)較不明顯，不但意味著電極的循環(huán)作用較好，也說(shuō)明添加丁二酸酯電解液的電池在執(zhí)行充放電期間具有極高穩(wěn)定性，不但電池在充放電過(guò)程中可起到保護(hù)電極的作用，還有助于讓電池提升使用壽命，電池也將具有良好的循環(huán)性。

化學(xué)反應(yīng)期間生成的中間體產(chǎn)物具有明顯同分異構(gòu)現(xiàn)象，通過(guò)查看對(duì)應(yīng)光譜方式，可有效分析多種衍生物的光譜圖。當(dāng)內(nèi)部發(fā)生化學(xué)變化，在位移量接近10時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度將達(dá)到較低值，若此時(shí)出現(xiàn)相同的取代基，波峰將明顯凸起并具有單調(diào)性特點(diǎn)，若與之相反則會(huì)呈雙峰，苯環(huán)則體現(xiàn)于波峰位置，當(dāng)位移量為5時(shí)，不同波形的峰將具有重疊特點(diǎn)，不但不易準(zhǔn)確判斷波峰位置，進(jìn)而判斷出生成產(chǎn)物的大致化學(xué)結(jié)構(gòu)，

3 結(jié)語(yǔ)

在新型電解液中添加亞硫酸甘油酯，不但有助于提升電池的循環(huán)性，適當(dāng)延長(zhǎng)使用壽命的同時(shí)，還可通過(guò)電池內(nèi)部的氧化還原與酯化反應(yīng)，形成一層保護(hù)膜，保護(hù)電極不受破壞的同時(shí)，讓電池導(dǎo)電性能得以凸顯。