隨著全球化石能源的減少和生態環境的惡化,開發環保型新能源已是全球共識。其中，新能源材料在新能源的開發和應用中起到了很大的引導和支撐作用。電池材料主要涉及正極、負極、電解液和相隔膜等，是蓄電、供電的重要部分。目前電池材料向納米級發展，納米材料具有特殊的微觀形貌及結構、嵌鋰容量及能量密度高和循環壽命長等特點。然而納米顆粒團聚和大小的控制，電極材料與電解液接觸面積小，電解液的緩蝕效果等問題的解決都需用到表面活性劑。表面活性劑在制作電池催化劑、電極材料、電解液作為緩蝕劑和電池的回收等方面發揮了重要的作用。

1. 在電池催化劑制作上的應用

表面活性劑在制作離子交換膜燃料電池催化劑方面發揮著重要的作用,制作方法以微乳法為主。微乳法有正膠團微乳液體系和反膠團微乳液體系。微乳法制電池催化劑所用表面活性劑列于表1。

2. 在制備電極材料中的應用

在制備電極材料中目前用到的表面活性劑主要有CTAB、2-乙基己烷磺基琥珀酸鈉、壬基酚聚氧乙烯醚(NPE )、環氧乙烷(EO)與環氧丙烷(PO)三嵌段共聚物 EO100PO70EO100、P123( E020P070 EO20)、PEO600、吐溫80、Span、TritonX-100、失水山梨醇單油酸酯、SDBS、SDS、環己烷和氟代烷基季銨鹽、油酸和4-苯乙烯磺酸鈉等。

2.1制作正極材料

P123,4-苯乙烯磺酸鈉,CTAB、油酸和煤油混合熔融液分別可用于制備鋰電池正電極材料。P123為模版,用溶膠-凝膠法制得LiCoO₂電極有很好的循環性能,工藝簡單,成本低。用 4-苯乙烯磺酸鈉為模版,FeCl3為氧化劑,制得硫-聚吡咯(S-PPy)復合材料,用作電池Li/S-PPy的正極,循環性能、放電容量有很好的提高。由上可知,表面活性劑在制備正極材料中起到了很大的作用,尤其是油酸和煤油混和熔融液活性劑制備的LiFePO4/TiO2復合電極性能良好。

2.2制作負極材料

表面活性劑不僅可以控制顆粒大小,使晶體排列有序,還可以控制孔隙度,提高所制電極的電性能。U lagappan等最早成功利用陽離子表面活性劑2-乙基己烷磺基琥珀酸鈉為模板劑合成了錫基介孔材料,孔徑為3.2nm。經陰離子表面活性劑CTAB修飾過的CuO表面,結構呈有序針狀晶型,增大CuO和電解液的接觸面積。調節CTAB的量可控制錫-磷酸鹽材料孔隙度,提高電池循環性能。

3. 用于有機代汞緩蝕劑

堿錳電池中鋅電極的自放電是影響電池工作壽命的主要原因之一。現在人們一般都采用汞或汞鹽來抑制自放電。汞不但有劇毒,嚴重危害環境,而且還會加速鋅電極的變形。因此, 必須設法消除或取代電池中有毒的汞。目前堿錳電池無汞化主要采取的措施有2種: 緩蝕劑加入電解液中和鋅負極上添加緩蝕劑。研究所用緩沖劑主要有無機緩蝕劑和有機代汞緩蝕劑,其中有機代汞緩蝕劑以具有防腐蝕性的表面活性劑為主(見表2)。

4. 在電池回收中的應用

表面活性劑形成乳狀液,以提高某些金屬的遷移率。用煤油、表面活性劑(Span 80)、載體和內水相氨水形成的乳狀液膜分離富集廢舊鎳鎘電池中的鎘離子,并進行100L反應釜的工業放大實驗,鎘的遷移率可達93.3%,而鎳的遷移率僅為14.6%。此方法能較好地實現鎘鎳離子的分離。表面活性劑也可降低碳和氧化錳界面反應的活化能,對還原速度影響很大。

5. 在電解液中的應用

表面活性劑應用于鋰離子電池電解液，目前主要有以下方面的用途：

① 改善電解液對多孔性電極和隔膜的浸潤，保證電解液與電極、隔膜的充分接觸，提高電解液的分布均勻性和動態平衡能力，縮短電解液的浸漬時間。如高級脂肪酸鹽、高級烷基磺酸鹽，烷基芳基磺酸鹽等陰離子表面活性劑，可以提高電解液對負極的浸潤能力，從而提高電池的整體性能。杜邦公司生產的全氟烷基聚氧乙烯醇類表面活性劑)。由于加入含氟非離子型表面活性劑，電解液的表面張力降低，增加了對隔膜、正極和負極的滲透能力，電池因而能正常工作，并且1C/0.2C容量達到83%，具有實用價值。

美國3M的專利報道通過在電池中加入全氟烷基磺酰亞胺鹽作為表面活性劑，降低了電解液的表面張力,從而提高電解液對電極和隔膜的浸潤能力，增加了電解液與電極的接觸面積，由于全氟烷基磺酰亞胺鹽具有良好的電化學穩定性,對電解液的電導率和電池的循環穩定性也有幫助,可謂一舉數得。

② 表面活性劑吸附到電極形成保護膜，隔離電解液從而抑制副反應，起到保護作用。

日本三菱重工的專利報道，在電解液中溶解少量的含全氟烷基的表面活性劑如全氟烷基磺酸鹽、全氟烷基膦酸鹽、全氟烷基羧酸鹽等，它們吸附于電極表面而且在反復的充放電過程中不易分離，從而抑制高溫下電極表面與電解液的氧化還原副反應，并提高電解液的分散均勻性，提高電池的循環壽命。

③ 在電池制造過程中加入表面活性劑以穩定含氟聚合物的水性分散體，提高分散性的穩定性。

日本大金工業株式會社專利申請中闡述可以添加如：

(1)陰離子型的如全氟辛酸銨，全氟烷基磺酸鹽等。

(2)非離子型表面活性劑，如日本油脂株式會社生產的Pronon-104，204，208等PEO-PPO嵌段共聚物。

(3)兩性的如胺氧化物類表面活性劑二羥基乙基月桂基氧化胺、二甲基月桂基氧化胺、二甲基月桂基乙氧基氧化胺等的表面活性劑，可以改善含氟聚合物的水性分散體的穩定性,并且在后續工序中易于除去（如高溫除水工藝），不易造成表面活性劑在電極中的殘留而產生不良作用。

④ 影響金屬鋰的沉積過程，提高電極的光亮度與反應的可逆性。

1994年，日本專利報道了在高氯酸鋰的碳酸丙烯酯電解液中，為了得到平滑的金屬沉積表面，加入0.005~0.1%的含全氟烷基的表面活性劑，在金屬鋰的表面形成含表面活性劑的吸附層，當鋰沉積時成核過程優先于晶粒生長，并且晶粒生長時各方面的均勻性好，因而可以得到光滑的沉積層表面。所使用的含全氟烷基的化合物如全氟烷基羧酸鈉、全氟烷基羧酸三甲銨等。

6. 結語和展望

表面活性劑在電池中具有重要的應用,可以改變金屬氧化物的晶型,抑制析氫和枝晶生長,起到緩蝕作用,制成的乳液可以充當微反應池,防止團聚等。所用表面活性劑主要有陰離子型、陽離子型、非離子型和特種表面活性劑。含氟烷基的表面活性劑廣泛用于電解液中。