2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——電解液在鋰離子電池中的影響考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.在鋰離子電池的液態(tài)電解液中，主要承擔(dān)鋰離子傳輸介質(zhì)功能的是？A.鋰鹽B.溶劑分子C.添加劑D.集流體2.下列哪種鋰鹽在有機(jī)電解液中應(yīng)用最為廣泛，但其熱穩(wěn)定性相對(duì)較差？A.LiClO4B.LiN(CO2)2(LiNCA)C.LiPF6D.LiAsF63.電解液中的“法揚(yáng)斯效應(yīng)”主要描述了什么過程？A.鋰離子在溶劑中的擴(kuò)散B.鋰鹽在溶劑中的解離C.SEI膜的成膜過程D.溶劑的電氧化分解4.增加電解液粘度的主要目的是？A.提高鋰離子擴(kuò)散速率B.提高電解液電導(dǎo)率C.促進(jìn)SEI膜穩(wěn)定形成D.降低電池成本5.電解液電化學(xué)窗口的寬度主要受哪種物質(zhì)的影響？A.溶劑分子B.鋰鹽C.添加劑D.正負(fù)極材料6.在鋰離子電池的循環(huán)過程中，負(fù)極表面形成的穩(wěn)定SEI膜主要成分通常不包括？A.Li2OB.Li2O2C.LiFD.Li2O37.下列哪種電解液添加劑的主要作用是降低電解液的凝固點(diǎn)，以改善電池的低溫性能？A.成膜添加劑B.導(dǎo)電添加劑C.熱穩(wěn)定添加劑D.密封劑8.相比于液態(tài)電解液，固態(tài)電解質(zhì)的主要優(yōu)勢(shì)在于？A.更高的安全性B.更低的成本C.更高的能量密度D.更好的電導(dǎo)率9.某種電解液添加劑能抑制SEI膜的不穩(wěn)定生長(zhǎng)，減少界面阻抗增長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命，這種添加劑屬于？A.穩(wěn)定劑B.催化劑C.脫鋰劑D.聚合抑制劑10.水系電解液相比有機(jī)電解液，其主要的優(yōu)勢(shì)在于？A.更高的電化學(xué)窗口B.更好的安全性C.更低的成本D.更高的倍率性能二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.鋰離子電池常用的有機(jī)溶劑主要包括______和______兩大類。2.鋰鹽在電解液中通常以______形式存在，為鋰離子提供傳輸通道。3.電解液與正極材料之間的界面通常稱為______。4.SEI膜的形成過程是一個(gè)復(fù)雜且動(dòng)態(tài)的______過程，其成分和結(jié)構(gòu)對(duì)電池性能至關(guān)重要。5.電解液的______直接影響電池的大倍率性能。6.為了提高電解液在高溫下的穩(wěn)定性，通常會(huì)添加______類添加劑。7.添加到電解液中的______可以促進(jìn)鋰離子在電極材料表面的均勻沉積。8.固態(tài)電解液根據(jù)形態(tài)可分為______和______兩大類。9.電解液的______是指其能夠傳導(dǎo)鋰離子的能力，通常用σ表示。10.選用電解液時(shí)，必須考慮其______與電池正負(fù)極材料的匹配性。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述電解液在鋰離子電池中實(shí)現(xiàn)鋰離子遷移的基本過程。2.簡(jiǎn)述電解液對(duì)鋰離子電池循環(huán)壽命可能產(chǎn)生的兩種負(fù)面影響，并分別說明原因。3.簡(jiǎn)述溶劑化離子對(duì)在電解液中的作用。4.簡(jiǎn)述成膜添加劑在電解液中的作用機(jī)理。四、論述題（10分）結(jié)合具體實(shí)例，論述電解液的選擇對(duì)鋰離子電池高電壓性能（例如，大于4.2VvsLi/Li+）的影響，并說明可能面臨的主要挑戰(zhàn)及相應(yīng)的解決方案。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.C5.A6.D7.A8.A9.A10.B二、填空題1.碳酸酯類，醚類2.溶劑化離子對(duì)3.正極/電解液界面(CEI)4.復(fù)雜的氧化還原聚合5.離子電導(dǎo)率/離子擴(kuò)散速率6.熱穩(wěn)定7.導(dǎo)電8.半固態(tài)，全固態(tài)9.電導(dǎo)率10.化學(xué)相容性/界面相容性三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：電解液中的鋰鹽在溶劑中解離形成鋰離子和溶劑化陰離子。在外加電場(chǎng)作用下，鋰離子通過溶劑化離子對(duì)在電解液中定向遷移。同時(shí)，在電極表面，鋰離子獲得或失去電子，并與溶劑或溶劑化陰離子反應(yīng)，參與電極材料的氧化還原反應(yīng)，完成電荷轉(zhuǎn)移。整個(gè)過程依賴電解液的離子電導(dǎo)率。2.解析思路：負(fù)面影響一：電解液在循環(huán)過程中可能發(fā)生副反應(yīng)或分解，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失或產(chǎn)生新的絕緣層，增加界面阻抗，加速容量衰減。原因：如溶劑分解、鋰鹽分解或SEI膜過度生長(zhǎng)/不穩(wěn)定。負(fù)面影響二：SEI膜不完整或持續(xù)生長(zhǎng)，消耗活性鋰，或在負(fù)極表面形成鋰枝晶，刺穿隔膜導(dǎo)致內(nèi)短路，最終損壞電池。原因：電解液與電極材料反應(yīng)不充分、添加劑選擇不當(dāng)或電解液離子濃度不適宜。3.解析思路：溶劑化離子對(duì)是指鋰離子被溶劑分子（或溶劑分子聚合體）緊密包圍形成的穩(wěn)定復(fù)合物。它在電解液中是鋰離子的主要存在形式。溶劑化離子對(duì)的存在降低了鋰離子的遷移阻力（相比于自由離子），但同時(shí)也可能增加電解液的粘度，影響離子擴(kuò)散速率。4.解析思路：成膜添加劑（如FEC、VC等）本身在電解液中電化學(xué)惰性，但在電池首次充電時(shí)，其結(jié)構(gòu)單元（如酯基、環(huán)氧基）在正極的高電位下發(fā)生氧化裂解，釋放出小分子碎片。這些碎片能夠與鋰離子及電極表面反應(yīng)，優(yōu)先在負(fù)極表面沉積，形成一層穩(wěn)定、薄而均勻的SEI膜，有效阻止后續(xù)電解液進(jìn)一步分解，保護(hù)了鋰金屬負(fù)極。四、論述題解析思路：高電壓正極材料（如層狀氧化物L(fēng)i[NiMnCo]O2,磷酸錳鋰LMO,磷酸鐵鋰LFP等）在工作時(shí)，其表面處于非常高的氧化態(tài)，對(duì)電解液的氧化穩(wěn)定性要求極高。若電解液中的溶劑或鋰鹽在正極工作電壓下發(fā)生分解，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的副反應(yīng)，形成厚的、不穩(wěn)定的SEI膜，或者直接與正極材料反應(yīng)，導(dǎo)致：1.快速的容量衰減和電壓衰減。2.嚴(yán)重的安全隱患（如熱失控）。3.電極/電解液界面阻抗急劇增大，影響電池倍率性能和循環(huán)壽命。挑戰(zhàn)：找到電化學(xué)窗口足夠?qū)挘茨茉诟唠娢幌路€(wěn)定存在的溶劑和鋰鹽）、對(duì)高電位正極材料具有良好相容性、且成本合理的電解液體系。解決方案：開發(fā)高電壓穩(wěn)定性的新型溶劑（如亞芳基碳酸酯）、高電壓穩(wěn)定性的鋰鹽（如六氟磷酸錳LiMnO4用于協(xié)同穩(wěn)定）、以及能