Note 7 Battery Explosion!! CAUGHT LIVE ON CAMERA!!

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來源：新能源前線

日前三星NOTE 7的爆炸事件，想必大家一定有所耳聞，但與其感嘆那些令人觸目驚心的照片，我們更應該對事件的原因好好分析一番。

據SDI內部人士的評論分析，手機電池起火的原因，是由於電池R角位出現了導致正負極短路的問題，電池採用卷繞技術製作，使用的是常規的液態鋰離子電池電解液。

好了，關鍵來了！我們知道，常規的鋰離子電池，採用的都是非水有機溶劑，當電池由於內部短路而發熱時，電解液受熱分解產生氣體，輕則電池膨脹，重則導致電池爆炸。

那麼神秘的電解液到底是什麼呢？小編通過搜尋各方資料整理了關於電解液的相關知識，接下來就聽小編來一一解析。

在傳統電池中，通常使用水作為溶劑的電解液體系，但是由於水的理論分解電壓為1.23V，考慮到氫或氧的過電位，以水為溶劑的電解液體系的電池電壓，最高也只有2V左右（例如鉛酸電池）；在鋰離子電池中，電池的工作電壓通常高達3~4V，傳統的水溶液已不再適用，因此必須採用非水電解液體系作為鋰離子電池的電解液。其中非水有機溶劑，是電解液的主體成分。

一、電解液的主要成分

電解液主要由三部分構成：

（1）溶劑：環狀碳酸酯（PC、EC）；鏈狀碳酸酯（DEC、DMC、EMC）；羧酸酯類（MF、MA、EA、MA、MP等）；（用於溶解鋰鹽）

（2）鋰鹽：LiPF6、LiClO4、LiBF4、、LiAsF6等；

（3）添加劑：成膜添加劑、導電添加劑、阻燃添加劑、過充保護添加劑、控制電解液中H2O和HF含量的添加劑、改善低溫性能的添加劑、多功能添加劑；用於鋰離子電池的電解質，一般應該滿足以下基本要求：

a.高的離子電導率，一般應達到1x10-3~2x10-2 S/cm；

b.高的熱穩定性和化學穩定性，在較寬的電壓範圍內不發生分離；

c.較寬的電化學窗口，在較寬的電壓範圍內，保持電化學性能的穩定；

d.與電池其他部分例如電極材料、電極集流體和隔膜等具有良好的相容性；

e.安全、無毒、無污染性。

主要溶劑組分理化參數：

主要溶劑組分充電過程中的反應：

幾種常用鋰鹽的簡單性能對比：

LiBF4：低溫性能比較好，但是價格昂貴和溶解度比較低；

LiPF6：綜合性能比較好，缺點是易吸水水解；

LiAsF6：綜合性能比較好，但是毒性太大；

LiClO4：綜合性能比較好，但是強氧化性導致安全性不高；

LiBOB：高溫性能比較好，尤其能擬制溶劑對負極的插入破壞，但是溶解度太低。

電解質鋰鹽在充電過程中的反應：

電解質鋰鹽的一些理化參數：

二、電解液添加劑主要分類：

成膜添加劑：

優良的SEI膜（固體電解質薄膜）具有有機溶劑不容性，允許鋰離子自由的進出電極，而溶劑分子無法穿越，從而阻止溶劑分子共插對電極的破壞，提高電池的循環效率和可逆容量等性能。

其主要分為無機成膜添加劑（SO2、CO2、CO等小分子以及鹵化鋰等）和有機成膜添加劑（氟代、氯代和溴代碳酸酯等，借助鹵素原子的吸電子效應，提高中心原子的得電力能力，使添加劑在較高的電位條件下，還原並有效鈍化電極表面，形成穩定的SEI膜。）。

另有Sony公司專利報導，在鋰離子電池非水電解液中，加入微量苯甲醚或其鹵代衍生物，能改善電池的循環性能，減少電池不可逆容量的損失。

導電添加劑：

對提高電解液導電能力的添加劑的研究，主要著眼於提高導電鋰鹽的溶解和電離，以及防止溶劑共插對電極的破壞。

其按作用類型可分為與陽離子作用型（主要包括一些胺類和分子中，含有兩個氮原子以上的芳香雜環化合物，以及冠醚和穴狀化合物）、與陰離子作用型（陰離子配體主要是一些陰離子受體化合物，如硼基化合物），及與電解質離子作用型（中性配體化合物主要是一些，富電子基團鍵合缺電子原子N或B形成的化合物，如氮雜醚類和烷基硼類）。

阻燃添加劑：

作為商業化應用，鋰離子蓄電池的安全問題依然是制約其應用發展的重要因素。鋰離子蓄電池自身存在著許多安全隱患，如充電電壓高，而且電解質多為有機易燃物，若使用不當，電池會發生危險甚至爆炸。

因此，改善電解液的穩定性是改善鋰離子電池安全性的一個重要方法。在電池中添加一些高沸點、高閃點和不易燃的溶劑可改善電池的安全性。

主要分為(1)有機磷化物 (2)有機氟代化合物 (3)鹵代烷基磷酸酯

過充保護添加劑：

對於採用氧化還原，對進行內部保護的方法人們，進行了廣泛的研究，這種方法的原理，是透過在電解液中，添加合適的氧化還原對，在正常充電時這個氧化還原，對不參加任何化學或電化學反應，而當電池充滿電或略高於該值時，添加劑開始在正極上氧化，然後擴散到負極發生還原反應，如下式所示。

正極：R→O+ne-

負極：O+ne-→R

最佳的過充電保護添加劑，應該具有4.2~4.3V的截止電壓，從而滿足鋰離子蓄電池，大於4V電壓的要求，總的來說，這一部分的研究工作還有待進一步研究。

控制電解液中水和HF含量的添加劑：

有機電解液中存在的痕量水，和HF對性能優良的SEI膜的形成，是有一定作用的，這些都可以從EC、PC等溶劑在電極介面的反應中看出。但水和酸(HF)的含量過高，不僅會導致LiPF6的分解，而且會破壞SEI膜。

當Al2O3、MgO、BaO和鋰或鈣的碳酸鹽等，作為添加劑加入到電解液中，它們將與電解液中微量的HF發生反應，降低HF的含量，阻止其對電極的破壞，和對LiPF6分解的催化作用，提高電解液的穩定性，從而改善電池性能。

但這些物質去除HF的速度較慢，因此很難做到阻止HF對電池性能的破壞。而一些酸酐類化合物，雖然能較快地去除HF，但會同時產生破壞電池性能的其它酸性物質。烷烴二亞胺類化合物能通過分子中的氫原子，與水分子形成較弱的氫鍵，從而阻止水與LiPF6，反應產生HF。

改善低溫性能的添加劑：

低溫性能為拓寬鋰離子電池使用範圍的重要因素之一，也是目前航天技術中必須具備的。N，N一二甲基三氟乙酰胺的黏度低(1.09mPa·S，25°C)、沸點(135°C)和閃點(72°C)高，在石墨表面有較好的成膜能力，對正極也有較好的氧化穩定性，組裝的電池在低溫下具有優良的循環性能。有機硼化物、含氟碳酸酯也有利於電池低溫性能的提高。

多功能型添加劑：

多功能添加劑是鋰離子電池的理想添加劑，它們可以從多方面改善電解液的性能，對提高鋰離子電池的整體電化學性能具有突出作用。正在成為未來添加劑研究和開發的主攻方向。

實際上，現有的某些添加劑本身，就是多功能添加劑。例如，12-冠-4加入PC溶劑後。在提高Li+的自身導電性的同時，利用冠狀配體在電極表面的親電作用，使得Li+在電極介面，與溶劑分子反應的可能性大大降低，冠醚對Li+的優失溶劑化作用，抑制了PC分子共插，電極介面SEI膜得到優化，減少了電極首次不可逆容量損失。

此外，氟化有機溶劑、鹵代磷酸酯如BTE和TTFP加入電解液後，不僅有助於形成優良的SEI膜，同時對電解液具有一定的，甚至明顯的阻燃作用，改善了電池多方面性能。

三、電解液製作中注意的問題：

1.考慮到電池殼體形狀不同，應適當增加電解液潤濕性；

2.考慮到電池對容量，以及放電速率要求不同，調配電解液電導率等；

3.根據電極材料以及具體放電要求不同，調配添加劑的用量不同；

4.根據對電解液用量決定的儲存時間長短，決定電液中穩定劑的取捨。

通過上面的介紹，想必大家已經對鋰離子電池電解質，有一個大體的瞭解了。