新型電解液添加劑亞硫酸甘油酯的應用

邢彤 竇加俊(天津金牛電源材料有限責任公司，天津 300400)

0 引言

鋰電池在生活中十分常見，可根據其工作原理，加工為手機、筆記本電腦、電動汽車使用電池，但是近年來電池爆炸類事故屢見不鮮，在為電池使用者敲響警鐘的同時，還需通過科學方式提升鋰電池的使用安全性，在國家推廣新能源汽車的視閾下，電動汽車擁有良好的行業前景與發展空間，鋰電池自身的電容、電流、電壓等屬性不但通過有效設置，讓鋰電池在自身工作期間，達到對應生產環境的使用要求。一般鋰離子電池可寫出化學表達式，說明鋰離子電池是一種聚合物，鋰電池內部電解液不但可為鋰電池工作帶來源源不斷的能量，考慮到其本身具有高熔點特點，當電池運行于高溫環境時，鋰電池也不易自燃。

現有生產技術下，鋰電池中存在的DMC等物質較易發生自燃，添加適量硫元素溶劑可幫助提升鋰電池的穩定性，在可持續發展理念下，生產具有一定使用年限、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。在電池自身發生電解反應時，陽極產生的氧化膜會對電池結構造成破壞，為此改變現有電池生產技術，添加亞硫酸酯電解液，也可讓其化學性質穩定。

亞硫酸甘油酯對應的衍生物不但利于研究，實驗成本偏低，且實驗過程較易操作，本身不造成大量污染的同時，因化學反應式較清晰，在生成全新亞硫酸甘油酯環狀化合物后，還可讓亞硫酸甘油酯衍生物充分與電解液反應，合成苯環過程凸顯高效特點，反應過程易控制。亞硫酸甘油酯結構具有對稱性，也可生成π鍵，在合成全新化合物期間能保持穩定化學特性，將其用做電解液時，也間接讓電池循環作用能力降低，反映最終結果是生成了多個甘油酯類化合物。

1 電解液添加亞硫酸甘油酯的應用

在電解液添加亞硫酸甘油酯，不但可通過控制反應物劑量方式，讓不同種類溶質快速溶解的同時，讓對應生成物的產量有所控制。進行添加過程中還需注意副產物帶來的不利影響，也可看出相關產物的收益率將在反應12h左右達到最大值，后逐漸趨于穩定，且反應過程速度在前幾小時達到最快，為此可考慮在反應12h左右收集溶質，可達到反應預期目標。

考慮到亞硫酸甘油酯的全新衍生物有多個，對應的酯化反應不但讓相關羚基完成酯化過程，苯環在反應期間不斷生成。苯環要在對應取代位置進入羚基內，對副產物的收集整理也需引起重視，也因反應一般不完全，反應速率呈明顯變慢趨勢的同時，空間位阻也會隨之變化，當衍生物和中間體發生明顯異構現象時，因相關原子被固定，不能有效旋轉完成一次異構轉化的同時，因異構體波峰具有獨立特點，生成波峰也將對衍生物含量造成影響。

在添加有差異濃度的電解液時，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，電池在反復充放電過程中，電池支持的最大容量將有恢復趨勢。電解液在循環作用、發生化學反應期間，電荷也會隨電池容量降低而不斷減小，直至電池耗盡不再產生電流與電荷。

2 電解液和亞硫酸甘油酯相關內容的思考與探討

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，還可通過有效地分析探討途徑，探究相關新能源行業發展趨勢與動向。以新能源汽車為例，在我國新能源汽車得以問世后，早期以插電式混合動力汽車為主的能源形式在未得到多數車主認可前，很多人對鎳氫電池和鉛酸電池的安全性產生懷疑，因國家環保排放標準在逐年更新，最早一批電池的工作原理是將電芯作業于硫酸溶液內，因彼此之間會發生化學反應，可給混動汽車帶來一定里程續航。因硫酸與鉛的反應速率較快，在反應結束后電池將逐漸失去對汽車的控制作用，在電池技術被人詬病的同時，后續通過優化鉛酸電池體積與容量、續航性等多種方式，讓電池擁有更廣闊的應用前景。

后續還出現鎳氫電池以取代早期的鉛酸電池，電池作用期間通過內部發生氧化還原反應，讓電池得以有效運行。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，進而成為鉛酸電池的取代產品被社會廣為利用。鋰電池與鉛酸電池和鎳氫電池相比，具有更低的生產成本，鋰本身具有密度小的特點，因對應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，將具有穩定性質。鋰電池一般在正負極位置設置石墨板，電解液作用期間，一般要對電池設置最大容量和實際容量，最大容量值一般在實際電量的1.2倍左右，不同的陰極材料也將對電池使用期間的安全性帶來影響。

我國部分城市近年來出現機動車保有量過大、地面交通難以滿足需要等問題后，陸續推出了限號政策。鋰電池的出現不但為車主提供了豐富多樣的選擇，使用與電池型號一致的電解液也將讓電池良好運行，還需注意到在電解液進行實驗期間，充放電速率具有一定變化規律，當電池在低電壓狀態下放電后，會接續生成一個電壓平臺，在實現一次充放電過程的同時，電極膜也會隨之生成，若在鋰電池內添加其他金屬元素成分，還可適當改變反應速率。因電池一般有使用壽命，電池在完成一次電解過程后，即會發生一次化學反應，充電與放電期間產生的能量也會發生變化。電池完成一次完全充放電的過程也可視做一次運行循環，也可考慮通過在電解液中用加入添加劑的方式，讓電池的運行與循環效率得到顯著提升，另外添加劑的使用正確程度也將影響電池往復循環與充放電的速率。在電池充放電的同時，鋰元素在電池內部的變化速率與電池循環周期因素息息相關，若在電解液內不添加任何其他元素金屬，電池老化現象較突出，主要表現為不能完全充放電，為此展開專項測試。根據鋰的金屬特性判定電池的預期完全充放電次數，很多電池在實際使用期間曾存在不能完全放電即充電，或過度充電的問題，也將讓電池加速老化，電池預期使用壽命也將縮減，后續電池的續航能力也將呈明顯萎縮趨勢，為此需提升電池的對應質量。

根據鋰電池的運行特性，使用測試手段，將三個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，不但影響導電效果，還可分析出電荷量與電池的阻抗能力都在隨反應的深入而有所變化。電池自身所帶的石墨電極在自然氧化條件下，將逐漸降低化學反應活躍性，隨著時間的推移，電池在持續工作多天后，不但在其表面會出現明顯的老化特征，電池內部的石墨量也將明顯下降，電池的導電性能也將逐漸變差，添加不同種電解液，對反應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行穩定，這也是電池的日常維護保養所需要的知識。使用添加劑后，不但影響電池的性能與對應電解液的氧化分解能力，還通過生成氧化膜的形式，保護對應電極，因電池的老化與破損一定程度不可避免，對電流量計算發現電流變化趨勢較不明顯，不但意味著電極的循環作用較好，也說明添加丁二酸酯電解液的電池在執行充放電期間具有極高穩定性，不但電池在充放電過程中可起到保護電極的作用，還有助于讓電池提升使用壽命，電池也將具有良好的循環性。

化學反應期間生成的中間體產物具有明顯同分異構現象，通過查看對應光譜方式，可有效分析多種衍生物的光譜圖。當內部發生化學變化，在位移量接近10時，磁感應強度將達到較低值，若此時出現相同的取代基，波峰將明顯凸起并具有單調性特點，若與之相反則會呈雙峰，苯環則體現于波峰位置，當位移量為5時，不同波形的峰將具有重疊特點，不但不易準確判斷波峰位置，進而判斷出生成產物的大致化學結構，

3 結語

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性，適當延長使用壽命的同時，還可通過電池內部的氧化還原與酯化反應，形成一層保護膜，保護電極不受破壞的同時，讓電池導電性能得以凸顯。