2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——電解質(zhì)在鋰離子電池中的作用原理考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題干后的括號內(nèi)）1.在鋰離子電池工作過程中，電解質(zhì)的主要功能之一是（）。A.提供電子B.固定電極材料C.傳遞鋰離子D.維持電池外觀2.下列哪種物質(zhì)通常不被用作鋰離子電池液體電解質(zhì)的溶劑？（）A.碳酸乙烯酯(EC)B.碳酸二甲酯(DMC)C.四氫呋喃(THF)D.丙酮3.在常用的鋰離子電池液體電解質(zhì)LiPF6/XLi6XY2中，X通常代表（）。A.溶劑分子B.鋰鹽陽離子C.鋰鹽陰離子D.電解質(zhì)添加劑4.電解質(zhì)的粘度主要受哪種因素影響最大？（）A.鋰鹽濃度B.溶劑介電常數(shù)C.溫度D.隔膜材質(zhì)5.固態(tài)電解質(zhì)相比液體電解質(zhì)的主要優(yōu)勢之一是（）。A.離子電導(dǎo)率通常更高B.具有更好的安全性C.易于實現(xiàn)電池的柔性化D.成本更低6.鋰離子在電解質(zhì)中遷移的主要驅(qū)動力是（）。A.化學(xué)能B.電位差C.熱能D.壓力差7.SEI膜主要形成在鋰離子電池的哪個電極表面？（）A.正極B.負(fù)極C.隔膜D.外殼8.某種電解質(zhì)添加劑能夠提高電解質(zhì)的電化學(xué)窗口，其主要作用機(jī)制可能是（）。A.增強(qiáng)溶劑的極性B.抑制副反應(yīng)C.降低界面阻抗D.增加鋰離子濃度9.對于鋰離子電池，電解質(zhì)的電導(dǎo)率越高，通常意味著（）。A.電池循環(huán)壽命越長B.電池倍率性能越好C.電池安全性越高D.電解質(zhì)粘度越小10.凝膠聚合物電解質(zhì)（GPE）通常由聚合物基體、鋰鹽和（）組成。A.液體電解質(zhì)B.固態(tài)電解質(zhì)C.導(dǎo)電填料D.聚合物添加劑二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.液體電解質(zhì)通常由________和________組成。2.鋰鹽在電解質(zhì)中解離產(chǎn)生的陰離子（如PF6-）具有很高的________，有助于拓寬電解質(zhì)的________。3.SEI膜的英文全稱是________，它是一種具有離子選擇性的________膜。4.電解質(zhì)的介電常數(shù)越大，對鋰離子的溶劑化能力通常越________。5.添加成膜劑到電解質(zhì)中，其主要目的是為了在電極表面形成一層穩(wěn)定的________，降低界面阻抗。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述鋰離子在液體電解質(zhì)中通過溶劑化離子的傳輸機(jī)制。2.解釋電解質(zhì)的粘度對其在鋰離子電池中性能的影響。3.簡述鋰離子電池正極材料與電解質(zhì)之間可能發(fā)生的副反應(yīng)及其危害。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述電解質(zhì)添加劑在改善鋰離子電池性能方面的主要作用，并舉例說明。2.比較固態(tài)電解質(zhì)與液體電解質(zhì)的優(yōu)缺點，并分析當(dāng)前固態(tài)電池發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)。五、分析題（10分）分析高電壓正極材料（如富鋰錳基材料或高鎳NCM材料）對液體電解質(zhì)提出的新要求和電解質(zhì)研究需要解決的關(guān)鍵問題。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.C4.A5.B6.B7.B8.A9.B10.C二、填空題1.溶劑，鋰鹽2.極性，電化學(xué)窗口3.SolidElectrolyteInterphase，無機(jī)/有機(jī)混合4.強(qiáng)5.膜三、簡答題1.解析思路：首先說明鋰離子在溶劑中形成溶劑化離子（如Li+溶劑化陰離子對）。然后解釋鋰離子通過電解質(zhì)時，溶劑分子和陰離子發(fā)生重組，使得溶劑化鋰離子從一處遷移到另一處。最后強(qiáng)調(diào)這是一個連續(xù)的、涉及離子與溶劑分子協(xié)同運(yùn)動的過程。2.解析思路：說明粘度影響離子遷移的“拖曳效應(yīng)”。高粘度會增加離子運(yùn)動阻力，降低離子電導(dǎo)率，使得電池倍率性能下降。同時，高粘度也可能影響鋰離子在電極表面的擴(kuò)散和SEI膜的穩(wěn)定形成。3.解析思路：提及兩種典型副反應(yīng)：一是電解質(zhì)在正極表面發(fā)生分解形成SEI膜（雖然是正常過程，但過快或形成不良膜層有害）；二是電解質(zhì)與正極活性物質(zhì)（如層狀氧化物）發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失、結(jié)構(gòu)破壞，影響容量和循環(huán)壽命。還可能涉及與負(fù)極（如金屬鋰）的反應(yīng)。四、論述題1.解析思路：分點論述：*成膜劑：形成穩(wěn)定SEI膜，降低界面阻抗，提高庫侖效率，抑制副反應(yīng)。*導(dǎo)電劑：提高電解質(zhì)整體電導(dǎo)率（尤其對GPE或SPE）。*穩(wěn)定劑：抑制電解質(zhì)在高溫或高電壓下的分解，提高電化學(xué)窗口。*其他：如成核劑改善結(jié)晶、阻燃劑降低火災(zāi)風(fēng)險等。每個例子需簡要說明其作用機(jī)理。2.解析思路：*比較優(yōu)缺點：*液體電解質(zhì)：優(yōu)點是離子電導(dǎo)率高，電化學(xué)窗口寬，技術(shù)成熟，成本相對較低。缺點是安全性差（易燃易爆），容易發(fā)生漏液，與鋰金屬負(fù)極兼容性差（形成鋰枝晶），對環(huán)境有影響。*固態(tài)電解質(zhì)：優(yōu)點是安全性高，能量密度潛力大（可與鋰金屬結(jié)合），離子電導(dǎo)率（特定類型）有望提高，循環(huán)壽命可能更長。缺點是通常離子電導(dǎo)率低于液體（尤其室溫下），與電極的界面接觸電阻較高，制備工藝復(fù)雜，成本較高。*分析主要挑戰(zhàn)：固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率與界面阻抗問題；固態(tài)電解質(zhì)與電極材料的長期穩(wěn)定性及界面相容性；制備工藝的規(guī)?；c成本控制；全固態(tài)電池的密封與結(jié)構(gòu)設(shè)計等。五、分析題解析思路：分析高電壓正極材料（如V2O5基、LiNiMnCoO2等）對電解質(zhì)提出的要求：*更高的電化學(xué)窗口：正極工作電壓更高，要求電解質(zhì)具有更寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，以防止電解質(zhì)在正極分解。*更強(qiáng)的氧化穩(wěn)定性：電解質(zhì)及其組分（特別是溶劑）需要耐受更高的氧化電位。*抑制過渡金屬溶解：高電壓下正極過渡金屬容易溶出，可能嵌入負(fù)極或污染電解質(zhì)，加速SEI膜劣化，需要添加劑或特殊設(shè)計的電解質(zhì)來抑制其溶解。*良好的離子傳輸能力：高電壓體系下可能需要更快地傳輸鋰離子以匹配正極反應(yīng)速率。*電解質(zhì)研究需要解決的關(guān)鍵問題：*開發(fā)具有更高氧化穩(wěn)定性的溶劑和鋰鹽。*研究有