目前電池的電壓正逐步從4.2V提高到4.35V、4.4V、4.45V、4.5V和5V，其中5V鎳錳鋰離子電池具有高能量密度、高功率等優(yōu)異特性，將是未來新能源汽車及儲能領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一。目前4.35V和4.4V的鋰離子電池已在市場上成熟使用，4.45V和4.5V也開始受到市場青睞，逐步會發(fā)展成熟起來。

隨著用電設(shè)備對鋰離子電池容量要求的不斷提高，人們對鋰離子電池能量密度提升的期望越來越高。特別是智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等各種便攜設(shè)備，對體積小、待機(jī)時間長的鋰離子電池提出了更高的要求。

為了設(shè)計(jì)高能量密度的鋰離子電池，除了對其空間利用率的不斷優(yōu)化，提高電池正負(fù)極材料的壓實(shí)密度和克容量，使用高導(dǎo)電碳納米和高分子粘接劑來提高正極和負(fù)極活性物質(zhì)含量外，提升鋰離子電池的工作電壓也是增大電池能量密度的重要途徑之一。

目前電池的電壓正逐步從4.2V提高到4.35V、4.4V、4.45V、4.5V和5V，其中5V鎳錳鋰離子電池具有高能量密度、高功率等優(yōu)異特性，將是未來新能源汽車及儲能領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一。目前4.35V和4.4V的鋰離子電池已在市場上成熟使用，4.45V和4.5V也開始受到市場青睞，逐步會發(fā)展成熟起來。

高電壓鋰離子電池的性能主要是由活性材料和電解液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)所決定的。其中，電解液的匹配性也非常重要。因?yàn)殡S著能量密度提升，一般正負(fù)極的壓實(shí)密度都比較大，電解液浸潤性變差，保液量降低。低保液量會導(dǎo)致電池的循環(huán)和存儲性能變差。

近年來隨著高電壓正極材料的不斷涌現(xiàn)和應(yīng)用，常規(guī)碳酸酯和六氟磷酸鋰體系，在4.5V以上電壓電池中會發(fā)生分解，循環(huán)性能差，高溫性能差等電池性能的下降，已不能完全滿足高電壓鋰離子電池的要求。高電壓電解液的選擇標(biāo)準(zhǔn)是：

1.選擇一些氧化電位較高且電化學(xué)窗口較寬的溶劑(如：砜類、腈類及氟代溶劑)。

2.可以在電解液中加入一些正極保護(hù)添加劑來改善正極材料的界面性質(zhì)。

3.在電解液中加入正極成膜添加劑，抑制電解液和正極材料界面間的反應(yīng)。

4.電解液中加入新型的耐高壓鋰鹽作為添加劑。如在電解液中加入雙草酸硼酸(LiBOB)也可以在正極材料的表面成膜，阻止了電解液與電極材料的副反應(yīng)。

然而從經(jīng)濟(jì)效益考慮，發(fā)展合適的電解液添加劑來穩(wěn)定電極/電解液界面更加受到研究者們的青睞。目前研究的高電壓電解液添加劑主要有：含硼類添加劑、有機(jī)磷類添加劑、碳酸酯類添加劑、含硫添加劑、離子液體添加劑及其它類型添加劑。

1.含硼類添加劑

含硼類添加劑會在正極表面形成保護(hù)膜，來穩(wěn)定電極/電解液之間的界面，從而提高電池性能。例如LI等將含有0.5%三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)的電解液應(yīng)用到三元材料高壓鋰電池中，循環(huán)200次后與沒有加TMSB的電池做比較，容量維持率分別為74%和19%(2-4.8V)。TMSB的功能如下圖所示：在沒有添加劑存在時，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，會逐漸在正極表面形成一層有LiF存在的正極電解液界面(CEI)膜，這層膜較厚且具有高阻抗；加入TMSB后，缺電子的含硼類化合物會提高正極表面LiF的溶解度，形成的SEI膜較薄，且具有低的阻抗。

2.有機(jī)磷類添加劑

根據(jù)前線軌道能量與電化學(xué)穩(wěn)定性的關(guān)系：分子的HOMO越高，軌道中的電子越不穩(wěn)定，氧化性越好；分子的LUMO越低，越容易得電子，還原性越好。亞磷酸酯化合物的HOMO能量遠(yuǎn)高于溶劑分子，表明亞磷酸酯類化合物比溶劑分子具有更高的氧化性，在正極表面能優(yōu)先發(fā)生電化學(xué)氧化，形成SEI膜覆蓋在正極表面，從而提高鋰電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

3.碳酸脂類添加劑

含氟烷基(PFA)化合物具有很高的電化學(xué)穩(wěn)定性，同時具備疏水性與疏油性的特性，當(dāng)PFA添加到有機(jī)溶劑中，疏溶劑的PFA會凝聚到一起形成膠團(tuán)。相關(guān)研究表明將0.5%的PFO-EC到高壓鋰離子電池電解液中，因?yàn)樘砑觿┰谘h(huán)過程中形成了雙層的鈍化膜，同時減少電極表面的降解與電解液的氧化分解，從而提高其循環(huán)性能。

4.含硫添加劑

近年來，將有機(jī)磺酸酯作為添加劑應(yīng)用到鋰離子電池中的報道很多。例如PS/DMSM等，此類添加劑使鋰電池在高壓下也能維持較低的電極/電解液界面阻抗，提高電池循環(huán)性能。一些噻吩及其衍生物也被考慮作為高壓鋰離子電池添加劑使用，當(dāng)加入這些添加劑后，會在正極表面形成聚合物膜，避免了電解液在高壓下的氧化分解。

5.離子液體添加劑

離子液體是一種低溫熔融鹽，因其具備蒸汽壓低、電導(dǎo)率高、不易燃、熱穩(wěn)定及電化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用到鋰離子電池中。中科院過程所相關(guān)研究課題組分別將4種烯烴取代咪唑雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體添加到了1.2mol/L的LiPF6/EC/EMC電解液中，電池循環(huán)測試結(jié)果表明其首次充放電效率明顯提高，尤其添加3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的[AVIm][TFSI]離子液體時，電池的放電容量和循環(huán)性能最好，特定條件下，電解液甚至可耐4.95V高壓。

6.其它添加劑

此外還有有機(jī)硅類化合物(正極形成保護(hù)膜)、苯的衍生物(提高電解液穩(wěn)定性)、雙馬來酰亞胺(BMI)添加劑(提高電解液穩(wěn)定性)、丁二酸酐添加劑(抑制LMNO自放電)、5-羥基-1H-吲唑(HI)(正極表面形成鈍化膜)等均能在一定程度上提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

隨著數(shù)碼設(shè)備及電動汽車等對電池性能要求的提升，提高電池材料的壓實(shí)密度、能量密度及工作電壓是提升電池能量密度容量的發(fā)展方向。這其中對電極材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、電極材料與電解液的匹配性及電解液的物理化學(xué)性能提出了更高的要求。現(xiàn)今所報道的高壓添加劑在循環(huán)過程中一般會比溶劑分子優(yōu)先氧化，在正極表面形成鈍化膜，穩(wěn)定電極/電解液界面，最終實(shí)現(xiàn)電解液能在高壓下穩(wěn)定存在。相信隨著技術(shù)的進(jìn)步，高電壓電池的使用必將是未來的趨勢。