精确测量锂电池电解液的粘度

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。

鉴于Fluidicam可以精确测量低粘度电解液的粘度差异，本文利用Fluidicam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，为电池研发者提供设计思路。

方法

仪器：法国Formulaction公司 Fluidicam微流控可视流变仪

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浓度逐渐增高粘度逐渐增大，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。以上所有测量的总分析时间为1小时20分钟（17次试验），包括取样。微流控可视流变仪完全避免了挥发和干燥风险，突破了传统粘度计由于的粘度精度局限性和测量速度。Fluidicam这种高效测量工具，是配方工作者必不可少的研究助手。

微流控可视流变仪FLUIDICAM

Fluidicam微流控可视流变仪被设计用于测试各种稠度样品的粘度，包括液体、凝胶或半固体乳液。当样品和参比样在芯片通道中高速流动时，获取微型芯片中两相不相容液体的界面位置，从而计算被测样品的剪切速率和粘度。芯片上狭窄的通道，赋予仪器高的剪切速率范围、样品体积量小，温度调节迅速的优点。

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