动力电池电解液添加剂
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，是锂离子电池的“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压电、高比能等优点的保证，电解液在电池质量占比约为15%，体积占比约为30%。电解液决定锂电池的工作机制，对电池的循环效率和寿命、温度特性、安全性能倍率性能等等各项指标有重要影响。
电解液添加剂
添加剂很大程度地影响电解液的性能，有研发及环保壁垒，行业集中度很高。
添加剂的种类繁多，不同的锂离子电池生产厂家对电池的用途、性能要求不一，所选择的添加剂的侧重点也存在差异。
添加剂主要有三方面作用：(1)改善SEI膜的性能；（2）降低电解液中的微量水和HF酸；（3）防止过充电、放电。
电解液一般由溶质、溶剂、添加剂按一定比例配比而成。
溶质成本占比最高，因此溶质价格显著影响电解液的价格，其作用是保证电池在充放电过程中有充足的锂离子实现充放电循环，目前使用最为广泛的溶质是六氟磷酸锂，固态电解质是电解液行业未来的发展方向之一，固态电解液替代原有的电解液+隔膜，锂离子的迁移场所从原来的液态电解液中转为固态电解液中，因此固态电解质是固态电池的核心。
溶剂质量是占比达80%-90%，目前主要使用的是碳酸酯类溶剂。添加剂是电解液竞争力差异化的主要来源之一，能够改善电解液性能，使其能够适应不同种类电池的需求。根据实现功能不同，可以分成膜添加剂、高温添加剂、低温添加剂、倍率添加剂，防过充添加剂、阻燃添加剂以及中和添加剂等等。
添加剂主要类别
1、SEI成膜添加剂
成膜添加剂的作用是协助正负极形成 SEI 膜，减少电池材料分解，提高循环寿命。成膜添加剂的形成是由于负极电位超出有机溶剂自身安全电势范围，负极、电解液、锂离子三者必然产生化学反应，形成一层保护膜防止持续而剧烈的副反应;优秀的成膜添加剂是致密、轻薄且具备良好的离子导电率的一层膜状物，其配方已经成为各大电解液、电池厂商最为重视的的商业核心之一。
2、高低温添加剂
锂电池的正常工作温度在25℃左右，然而相对于消费电池应用主要发生在室内不同，新能源汽车动力电池通常在室外，既需要适应北方寒冷的冬季气候，同时还要适应大功率放电情况下的过热环境，因此根据不同的应用场景，着眼于高温和低温性能的改善添加剂也必不可少，提高电池在高低温环境下的充放电和循环性能，可拓宽锂电池使用范围。
3、中和添加剂
六氟磷酸锂由于在极端情况下或者有水分的环境中，易发生分解，形成强酸氢氟酸，会对电极和成膜产生较大破坏，影响综合性能，因此为防止该情况产生，具有碱性基团的有机物质成为中和剂的最佳选择。
4、导电添加剂
导电添加剂可以提高导电率，提高锂盐的溶解、电离及抑制溶剂共嵌入的能力，增强电池性能提高能量密度。其可分为电解质离子作用型、与阳离子作用型、与阴离子作用型。控制电解液水和HF含量的添加剂其主要用于控制电解液中水和HF的含量，减少六氟磷酸锂的分解，保护SEI膜。其具体机理是六氟磷酸锂与水反应生成HF，而氧化铝、氧化镁与锂的碳酸盐等容易与水及HF反应，可提高电解液稳定性，从而改善电池性能。
5、阻燃添加剂
添加不易燃，闪点高，沸点高的溶剂来改善电池的安全性能，降低电池放热值和自燃率，增加电池稳定性，减少电池过热爆炸的几率。由于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、氧气的三大因素，有燃烧和爆炸的风险，因此降低燃烧和爆炸风险及剧烈程度的添加剂至关重要。
6、倍率添加剂
现有技术中，一般通过增加添加剂来提高锂电池的倍率，通过添加表面活性剂，从而降低界面膜的阻抗，加快电解液润湿极片、隔膜和改善锂离子在大电流放电时在电解液本体溶液中的迁移环境及在极片中的扩散环境，进而提高锂离子电池的倍率性能。但这种添加剂含量不可过高，否则会影响电池的循环等性能，还会增加成本。
7、防过充添加剂
其可以形成合适的电势，使其处于终止电压和电解液电压之间，减少电池因过充引发的问题。当锂电池发生过充时，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，损害了循环严重时还会在负极形成锂枝晶，让体系暴露在短路的风险中，因此，防过充保护添加剂在动力电池中必不可少。
8、多功能添加剂
同时具备多种功能的添加剂，多方面改善电解液性能。
产业结构链
添加剂的种类繁多，不同的锂离子电池生产厂家对电池的用途，性能要求不一，其制备添加剂的原材料以及其配比侧重点也存在差异。添加剂产业链主要包括上游的原材料，包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、环状化合物、双(氟代磺酰)亚胺锂等;中游生产制造包括成膜添加剂、阻燃添加剂等成品;下游是终端产品应用包括液态电解液、凝胶电解液和固态电解液等等。
关键材料
1.正极保护添加剂材料
随着镍含量的提升，高镍三元正极中过渡金属离子的溶出会增加，尤其是锰溶出量提升明显，这些离子在被还原析出后将破坏负极表面SEI膜，减少了碳基与电解液的兼容性，增加电池内阻。
为了解决这个问题，通常在电解液中环状化合物(PS)减少金属离子溶出，并且防止电解液在正极极材料上分解，还可以加入SEI负极成膜添加剂以有效改进石墨负极高温循环稳定性。
2.环状化合物(PS)
环状化合物指分子中原子以环状排列的化合物，通常包括脂环化合物，如烷烃，烯烃和炔烃;芳香族化合物(含苯环，性质与脂环化合物不同)，包括苯，苯的同系物，稠环芳烃，苯甲醇，苯酚等。
3.负极保护添加剂材料
碳酸亚乙烯酯(VC)和亚硫酸乙烯酯(ES)是目前动力电池中最为常用的负极保护添加剂材料，氟代碳酸乙烯酯(FEC)过去主要集中在小型电池使用，目前向动力电池渗透的趋势已十分明显，随着硅碳负极电池的应用，FEC的使用质量比会大幅提升。
不同电池其电解液添加剂原料的配比也不同，常规常规电池中，碳酸亚乙烯酯(VC)的比例为0.5%，氟代碳酸乙烯酯(FEC)比例则为2%;在动力锂电池电解液的添加剂配料中，碳酸亚乙烯酯(VC)的比例为2%，而氟代碳酸乙烯酯(FEC)比例则为5%。
3.新型添加剂原材料
随着三元材料中镍含量的升高，热分解温度降低，放热量增加，导致六氟磷酸锂分解成氟化锂和五氟化磷。另一方面，镍含量升高时电极上氢氧化锂与碳酸锂含量升高，氟化锂与六氟磷酸锂反应生成氢氟酸，导致电池产生严重的气胀，对软包电池影响过大。
双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)作为锂电池电解液中的新型原材料，能非常有效的改善电池循环和高低温等性能，抑制氢氟酸产生，减缓六氟磷酸锂分解，增加电池安全性的同时延长电池使用寿命，是作为溶质的最佳材料，但是其价格高昂，目前仅作为添加剂与LiPF6混合使用。
常用锂盐添加剂产品
目前高镍三元锂电池存在热稳定性差、吸水性强等缺点，部分添加剂可以降低电极表面活性、改善界面相容性，例如LiODFB能提高高低温性能，略微提高锂电池的比容量;LiFS作为新型锂盐的一种，也可以作为新型添加剂使用;此外，还有LiBOB、TMSP等多种添加剂都能显著改善锂电池的各项性能指标。添加剂已经成为电解液差异化的主要途径之一，差异化带来的产品附加值提升是电解液产商核心竞争力之一。
全球市场需求
VC(碳酸亚乙烯酯)与FEC(氟化碳酸乙烯酯)和PS(亚硫酸丙烯酯)为三大类主要的电解液添加剂，在电解液中质量占比 5%左右。根据GGII数据，目前电解液添加剂VC持续供不应求，当前市场VC短缺成为电解液产量的瓶颈，环保和长周期投资延缓供给扩张，铁锂需求回升，加剧VC供需紧张局面。
新型锂盐是未来方向
六氟磷酸锂是目前锂电池普遍采用的锂盐，然而在使用过程中，也存在热稳定性较差，遇水容易分解等缺点。双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)热稳定性高，耐水解、电导率高，其作为添加剂加入六氟磷酸锂电解液中，一方面通过抑制电解液中氟化氢生成，阻断六氟磷酸锂的缓慢持续分解，实现电解液化学稳定性的实质性提升;另一方面通过提高电解液的导电率和发挥其独特的SEI成膜能力，不仅提升了电池循环能力，而且有效提高电池的低温放电性能、以及高低温保存后的容量保持率，同时还有抑制膨胀的效果。
目前双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)具备产业化生产条件，无论是作为添加剂，或者是作为核心溶质，是六氟磷酸锂的最佳替代品。
来源：锂电派
