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来源：锂电派
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摘要：针对300Wh/kg（NCM811/Gr@SiOx）高比能锂离子动力电池在不同循环寿命状态下的电解液进行残余成分分析，结果表明：电解液添加剂VC及DTD主要作用于化成阶段及循环前期的SEI膜形成；FEC在化成阶段几乎不消耗，主要作用在循环后期，修补由于硅负极膨胀导致的SEI膜破裂；PS则在常温循环中消耗较少。此研究明确揭示了各添加剂的作用阶段及消耗量，同时以电池中残液组成成分随不同循环寿命的变化规律作为电解液配方技术精准调控方法。
化成后电解液的组分变化
化成前后，主体溶剂EC、PC、EMC比例几乎不变。其中添加剂VC和DTD分解量均超过一半以上，说明这两种成膜添加剂在首次充电过程中起到形成SEI膜的作用，而FEC仅少量分解。
100次循环后高镍三元电池电解液成分分析
当电池循环100次后，VC和DTD含量变化明显且反应完全，进一步证实这两种添加剂在整个电解液体系中最先参与成膜反应，主要作用于化成阶段和循环前期。FEC在前100次循环反应过程中持续分解2.67%，目前剩余78.83%，FEC的成膜分解反应为循环稳定进行提供了支撑条件。PS在此阶段分解2%，说明在此阶段高镍正极已出现由于结构不稳定带来的产气等问题，需要PS分解抑制产气，维持正极稳定。
500次循环后高镍三元电池电解液成分分析
当电池循环500次后，电解液中添加剂VC、DTD已完全消耗完，此阶段中起主要成膜作用的添加剂为FEC，消耗量为34.5%，说明随着循环过程中硅负极不断膨胀，SEI膜也会破裂和再生成，成膜添加剂持续在负极表面成膜，以维持循环稳定。所以FEC在高镍三元正极-硅碳负极体系中有维持长循环的作用，主要起着循环过程中修补SEI膜的作用。此阶段中PS消耗量为30.5%，说明随着循环过程进行，高镍正极结构不稳定性加剧，需要更多的PS抑制产气，维持正极结构稳定。
1000次循环后高镍三元电池电解液成分分析
电池循环1000次后寿命急剧衰减，电解液中FEC完全分解完毕，说明循环后期需要大量的FEC维持循环稳定性，且循环后期对成膜添加剂的需求越来越多。当FEC完全消耗完，电芯容量保持率仍为85%，原配方中6%的添加量明显不足，无法提供全生命周期成膜添加剂需求。在此阶段PS消耗9%，仍用于维持高镍正极稳定和抑制电芯产气。
结论：VC及DTD主要作用于化成阶段及循环前期的SEI膜形成。FEC主要作用于循环中、后期，含硅负极体系由于硅膨胀导致的SEI膜破裂修补，且在循环后期直接影响电池寿命。而PS则在常温循环中消耗较少。在进行常温循环改善中，可适当增加FEC占比减少PS占比，起到延长电池循环寿命的作用。
参考文献：
DOI: 10.3969/j.issn.1002-087X.2024.01.007
马怡晖，王思敏，刘恋，等. 高比能锂离子电池电解液配方分析改善[J].电源技术，2024，48(1)：56-59.
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