有机含硫添加剂及其衍生物在新能源行业应用【新能源峰会】

来源：SMM2022-11-15 15:55

SMM11月14日讯：在2022SMM新能源材料年度价格发布会上，武汉吉和昌新材料股份有限公司副总经理杨威对现有的电解液添加剂进行了综述，重点介绍了含硫添加剂在电解液中的应用现状，以及PS衍生物在锂电铜箔方向应用。

电解液添加剂综述

添加剂是电解液的一个重要组成部分，现有的添加剂类型主要有成膜添加剂、高/低温添加剂、倍率型添加剂、过充添加剂、阻燃添加剂五类。电解液添加剂的作用很多，它有助于SEI成膜、可提高过充电保护、改善高低温性能、阻燃和控制水分等。

成膜添加剂是研究较多的一种添加剂，主要功能是帮助在负极表面形成一层结构稳定的SEI膜，优良的SEI膜具有有机不溶性，允许锂离子自由进出电极而溶剂分子无法通过，从而阻止溶剂分子对电极结构的破坏，提高电池的循环效率和可逆容量。其代表品类包括VC、ES、FEC、PS、LIDFOB、DTD等。

过充保护剂主要用于保护正极。当锂离子电池发生过充时，正极材料的晶体结构将会受到破坏，让锂离子充放变得不可逆，损害了循环效率，严重时还将在负极形成锂枝晶，造成短路风险，因此过充保护剂对绝大多数锂离子电池必不可少。具有各种替代基团的苯类物质是现阶段通常采用的过充保护剂。这类添加剂的代表品类是VC、CHB。

由于新能源车既要适应寒冷的气候，又要适应在大功率放电下的过热环境，因此需要通过添加剂使电池在高低温下皆具备优良的循环性能。高低温性能改善剂能较好地改善锂离子电池的安全性，如DTD、FEC、LIDBOB。

阻燃剂可以降低极端情况下电池燃烧和爆炸的风险。电解液体系以有机溶剂为主，在热失控的情况下，具备可燃物、燃点和氧气的三大因素，在极端条件下有燃烧和爆炸的风险。过往出现了具有瑕疵的锂离子电池引爆手机或者汽车的案例，因此可以降低燃烧风险和剧烈程度的阻燃剂亦十分重要，代表品类是TMP、FEC、TFP、HMPN、DMP。

六氟磷酸锂容易与水反应生成HF（氢氟酸），而Al2O3、MgO、BaO和锂或钙的碳酸盐等容易与水和HF发生反应，降低水和HF的含量能够阻止HF对电极的破坏，提高电解液的稳定性，从而改善电池性能。

含硫添加剂的应用介绍

含硫添加剂在提高负极稳定性、高温下抑制电池膨胀、高压下稳定电解液、减小电池阻抗等方面都有非常重要的作用。

PS（1，3-丙烷磺酸内酯）能够阻止聚丙烯碳酸酯类电解液的分解，从而提高电池循环效率；同时能有效抑制电池在高温下的膨胀。PS作为性能优异,性价比高的常规添加剂在数码，三元及钠离子电池均有很好的应用基础；但其被欧盟列入SVHC清单，极大的限制了产品的应用情况。

BS作为电解液添加剂曾被引入含碳酸丙烯酯（PC）的电解液中，用来提高石墨负极的循环性能。BS能够应用于LiFePO4电极，在电池即使处于-20℃低温下，含有添加剂的体系仍能够保持较好的倍率性能和放电比容量。但是由于它比PS成膜的阻抗低一些，高温性能方面逊色于PS;

PES（1，3-丙烯基内酯）由于结构中含有双键产品具有更好的还原活性，能稳定高电压下正极循环性能也能提高石墨负极的稳定性，容量衰减更小，气体产生更少；它作为混合添加剂PES211的重要成分也具有非常广阔的应用前景。但需注意，PES成膜阻抗更高，同时抑制产气的效果也更好。

目前正在研发的DTD（硫酸乙烯酯），若作为电解液添加剂有诸多优点：可提高电池高温循环、高温储存和低温放电性能；减少高温放置后电池膨胀，降低容量衰减及内阻；抑制电池初始容量下降，增大初始放电容量；提升石墨负极的稳定性，并提升电池循环性能。此外，DTD还可用于生产羟乙基化试剂中间体、抗高血压药品以及新型双表面活性剂的原料等。

添加了MMDS的电池具有很好的高温循环性能，适用于动力电池，与DTD等联用可以进一步降低电池的内阻，有利于循环性能和高温性能。缺点和和DTD类似，由于分子结构，容易导致电解液变色。