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聚合物鋰離子電池電解質(zhì)有什么?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年08月21日  

聚合物鋰離子電池在電池市場上占主導(dǎo)地位,但是你了解嗎?聚合物鋰離子電池電解質(zhì)是有液體和固態(tài)之分的,下面就來了解一下吧。


(一)聚合物鋰離子電池的液態(tài)電解質(zhì)


電解質(zhì)的選用對鋰離子電池的性能影響非常大,它必須是化學(xué)穩(wěn)定性能好尤其是在較高的電位下和較高溫度環(huán)境中不易發(fā)生分解,具有較高的離子導(dǎo)電率,而且對陰陽極材料必須是惰性的,不能浸腐它們。由于鋰離子電池充放電電位較高而且陽極材料嵌有化學(xué)活性較大的鋰,所以電解質(zhì)必須采用有機化合物而不能含有水。但有機離子導(dǎo)電率都不好,所以要在有機溶劑中加入可溶解的導(dǎo)電鹽以提高離子導(dǎo)電率。目前鋰離子電池重要是用液態(tài)電解質(zhì),其溶劑為無水有機物,多數(shù)采用混合溶劑。


常見的有機液體電解質(zhì)一般是1molL鋰鹽/混合碳酸脂溶劑構(gòu)成的體系。作為傳遞電荷與傳質(zhì)過程的介質(zhì),鋰離子電池適用的電解液通常應(yīng)滿足以下幾方面的要求:


A.在較寬的溫度范圍內(nèi)具有較高的電導(dǎo)率,最好達到(1~2)×10-3S/cm以上,鋰離子遷移數(shù)盡可能高;B.液態(tài)溫度范圍(液程)寬,至少在-20~80℃范圍內(nèi)為液體;C.化學(xué)穩(wěn)定性好,與電極活性物質(zhì)(如正、負極材抖)、集流體、隔膜等基本上不發(fā)生反應(yīng)


D.與電極材料的相容性好,能形成穩(wěn)定、有效的鈍化膜;


E.電化學(xué)穩(wěn)定性好,分解電壓高,以減少電池的自放電和工作時電池內(nèi)壓的升高;F.閃點、燃點高,安全性好;G.環(huán)境友好性,分解產(chǎn)物對環(huán)境影響較小。


上述要求是實現(xiàn)鋰離子電池低內(nèi)阻、長壽命和高安全性的重要保證。鋰鹽、有機溶劑的選擇和電解質(zhì)溶液的優(yōu)化決定著電池的循環(huán)效率、工作電壓、操作溫度和儲存期限等是開發(fā)鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)之一。從某種意義上說,鋰離子電池液體電解質(zhì)對電池性能具有決定性的用途。


經(jīng)過幾十年的研究和實踐,鋰離子電池使用的電解液己基本成型,商品化的電解液一般選擇LiPF6作為鋰鹽,溶劑多為碳酸乙烯脂(EC)與碳酸二甲脂(DMC)或者碳酸二乙酯(DEC)構(gòu)成的混合溶劑。此外,還有少量基于特殊目的使用的電解液體系。這些電解液體系,支撐著鋰離子電池的商品化以及今后的研究和發(fā)展。


(二)聚合物鋰離子電池的固態(tài)電解質(zhì)


用金屬鋰直接用作陽極材料具有很高的可逆容量,其理論容量高達3862mAh.g1,是石墨材料的十幾倍,價格也較低,被看作新一代鋰離子電池最有吸引力的陽極材料,但會出現(xiàn)枝晶鋰。采用固體電解質(zhì)作為陽極材料成為可能。此外使用固體電解質(zhì)可防止液態(tài)電解液漏夜的缺點,還可把電池作成更薄(厚度僅為0.1mm),能量密度更高,體積更小的高能電池。破壞性實驗表明固態(tài)鋰離子電池使用安全性能很高,經(jīng)釘穿,加熱,短路和過充等破壞性實驗,液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池會發(fā)生漏夜、爆炸等安全性問題,而固態(tài)電池除內(nèi)溫略有升高外并無任何其它安全性問題出現(xiàn)。固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有良好的柔韌性、成膜性、穩(wěn)定性、成本低等特點,即可作為陰陽電極間隔膜用又可作為傳遞離子的電解質(zhì)用。固體聚合物電解質(zhì)一般可分為干性固體聚合物電解質(zhì)和凝膠聚合物電解質(zhì)。固體聚合物電解質(zhì)重要還是基于聚氧化乙烯,其缺點是離子導(dǎo)電率較低,在固體聚合物電解質(zhì)中離子傳導(dǎo)重要是發(fā)生在無定性區(qū),借助聚合物鏈的移動進行遷移。聚氧化乙烯容易結(jié)晶是由于其分子鏈的高規(guī)整性,而晶形化會降低離子導(dǎo)電率。因此要想提高離子導(dǎo)電率一方面可通過降低聚合物的結(jié)晶度,提高鏈的可移動性,另一方面可通過提高導(dǎo)電鹽在聚合物中的溶解度。利用接枝、嵌段、交聯(lián)、共聚等手段來破壞高聚物的結(jié)晶性能,可明顯的提高其離子導(dǎo)電率。此外加入無機復(fù)合鹽也能提高離子導(dǎo)電率。在固體聚合物電解質(zhì)中加入介電常數(shù)低相對分子質(zhì)量的液態(tài)有機溶劑則可大大提高導(dǎo)電鹽的溶解度,所構(gòu)成的電解質(zhì)即為凝膠聚合物電解質(zhì),它在室溫下具有很高的離子導(dǎo)電率,但在使用過程中會發(fā)生析液而失敗。凝膠聚合物鋰離子電池已經(jīng)商品化。

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