鋰電池電解液粘度測定

一、鋰電池電解液簡介

鋰離子電池是繼鉛酸電池、鎘鎳電池及氫鎳電池之后的新一代二次電池，具有工作電壓高、容量高、自放電小、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、無環(huán)境污染及工作溫度范圍寬等顯著優(yōu)點，自問世以來已廣泛應(yīng)用于移dong電話、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備中。電解液是鋰離子電池四大關(guān)鍵材料（正極、負(fù)極、隔膜、電解液）之一，號稱鋰電池的“血液"，在正負(fù)極之間起到傳到電子的作用，是電池儲能及能量轉(zhuǎn)化的核心，以及電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點的保證。電解液一般由電解質(zhì)鋰鹽（提供載流離子Li+）、高純度的有機溶劑（解離鋰鹽、提供Li+傳輸介質(zhì)）、必要的添加劑等原料（改善性能），在一定的工藝條件下，按一定的比例配制并加工而成。

二、粘度測定及流變學(xué)研究的意義

電解液作為鋰電池的重要組成部分，起著連接著正負(fù)極、氧氣溶解在電解液中、鋰離子傳輸?shù)戎匾饔茫浠A(chǔ)性能對鋰電池的充放電反應(yīng)和循環(huán)性能具有十分重要的影響。電解液的粘度是評價電解液性能的重要參數(shù)指標(biāo)之一，粘度大小直接影響離子在電解液中遷移的速率。粘度越小，離子與氧氣在電解液中的傳輸越快；電解液粘度過高，會阻礙電池內(nèi)氧氣與離子的傳輸，導(dǎo)致與鋰負(fù)極的化學(xué)相容性相對較差，并與鋰負(fù)極發(fā)生一定的副反應(yīng)，進(jìn)而影響電池循環(huán)性能。

電解液的電導(dǎo)率與粘度成反比關(guān)系，電解液粘度越大，電導(dǎo)率越低；相反，電解液粘度越小，電導(dǎo)率越高。影響電解液粘度的因素包括：有機溶劑的種類和配方；鋰鹽的種類和濃度；添加劑的種類和用量，此外，鋰電池充放電過程中電解液產(chǎn)生的雜質(zhì)會使體系的粘度不斷增加，影響離子傳輸速率。因此，在電解液的研發(fā)和生產(chǎn)過程中，必須對電解液進(jìn)行優(yōu)化配制，注意控制電解液雜質(zhì)的產(chǎn)生，提高體系電池循環(huán)性能的同時降低粘度、提高電導(dǎo)率以及提高其與鋰負(fù)極的化學(xué)相容性。

三、電解液粘度測定

使用DV2T錐板粘度計+TC-650 AP循環(huán)水浴系統(tǒng)（如圖1所示）測量4種電解液（用戶提供）在25℃條件下的粘度。幫助用戶建立鋰電池電解液的生產(chǎn)及制備工藝過程中產(chǎn)品質(zhì)量控制的測試方法。TC-650AP水浴循環(huán)系統(tǒng)用于控制樣品溫度（測試溫度為25℃），Rheocalc T軟件連接主機，進(jìn)行程序編輯及數(shù)據(jù)采集，繪制粘度變化曲線（圖2）。使用“Multi Point"功能采集數(shù)據(jù)，“Test Averaging"功能計算粘度平均值，并觀察和分析測試過程中儀器穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)波動，根據(jù)上圖2及下表1可知，四種電解液在在不同的剪切率條件下測得的粘度值分別為0.34cP，25.74cP，2.03cP，228.3cP；測試過程中，數(shù)據(jù)波動非常小，即使是在測量粘度值小于1cP 的樣品1#時，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為1.14%，其他幾個樣品的RSD均小于0.5%。我司數(shù)顯粘度計獨you的連續(xù)感應(yīng)器可以保證測試數(shù)據(jù)輸出的實時性和準(zhǔn)確性。錐板粘度計測試所需樣品體積僅為0.5-2.0 mL（具體的樣品量與所使用的轉(zhuǎn)子型號相關(guān)），特別適用于微量樣品的粘度測試，可有效減少電解液的消耗；錐板粘度計使用錐形轉(zhuǎn)子及配套的樣品杯，可以計算精確的剪切率和剪切應(yīng)力，得到絕對粘度；由于樣品量很少，可實現(xiàn)快速恒溫，有效提高測試效率。TC-650 AP循環(huán)水浴系統(tǒng)的控溫精度可達(dá)0.01℃，為粘度測試提供準(zhǔn)確及穩(wěn)定的溫度條件。