鋰離子電池電解液的類型

1.液態(tài)鋰離子電池電解質(zhì)

電解液的選擇對(duì)鋰離子電池的性能有很大的影響。它必須具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性功能，特別是在高電位和高溫環(huán)境下不易分解，具有高離子導(dǎo)電性(>10-3S/cm)，并且關(guān)于陽極和陰極材料必須是惰性的，不能侵入和衰變它們。

由于鋰離子電池的充放電電勢(shì)大，正極材料中鋰的化學(xué)活性高，因此選擇有機(jī)化合物代替水作為電解質(zhì)是很有必要的。但是，有機(jī)離子的導(dǎo)電性并不好，所以在有機(jī)溶劑中加入可溶的導(dǎo)電鹽之前，離子的導(dǎo)電性。

現(xiàn)在鋰離子電池是第一次使用液體電解質(zhì)，其溶劑是無水的有機(jī)，如EC,PC,DMC,DEC，大多數(shù)選擇的混合溶劑，如EC/DMC和PC/DMC。導(dǎo)電鹽有LiClO4、LiPF6、LiBF6、LiAsF6等。其電導(dǎo)率為L(zhǎng)iAsF6>LiPF6>LiClO4>LiBF6。LiClO4氧化性高，易發(fā)生爆炸等安全問題，一般局限于實(shí)驗(yàn)研究。LiAsF6離子具有導(dǎo)電性高、易純化、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但其含有毒性As，應(yīng)用范圍有限。LiBF6的化學(xué)和熱穩(wěn)定性不佳，導(dǎo)電性不高。雖然LiPF6會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，但是它的離子電導(dǎo)率很高，所以現(xiàn)在鋰離子電池基本上都是使用iPF6。LiPF6的EC/DMC是商用鋰離子電池中應(yīng)用最廣泛的電解液，具有較高的離子電導(dǎo)率和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。

2.固態(tài)電解質(zhì)

金屬鋰直接用作負(fù)極材料具有很高的可逆容量，其理論容量可達(dá)3862mAhg-1，是石墨材料的十倍以上，價(jià)格也較低，被認(rèn)為是新一代鋰離子電池負(fù)極材料中最具吸引力的，但會(huì)出現(xiàn)枝晶鋰。利用固體電解質(zhì)作為離子導(dǎo)電可以抑制枝晶鋰的生長(zhǎng)，使金屬鋰作為陽極材料成為可能。此外，使用固體電解質(zhì)可以防止液體電解質(zhì)泄漏的缺點(diǎn)，并且電池可以制成更薄(0.1mm厚)、更高的能量密度、更小的高能電池。損傷試驗(yàn)表明，固體鋰離子電池具有很高的安全性能。電解液鋰離子電池在經(jīng)過擊穿、加熱(200℃)、短路、過充(600%)等損傷試驗(yàn)后，會(huì)出現(xiàn)漏液、爆炸等安全問題，而固體電池除了內(nèi)部溫度略有升高(<20℃)外，沒有其他安全問題。該固體聚合物電解質(zhì)具有良好的柔韌性、成膜性、穩(wěn)定性和低成本等特點(diǎn)，既可作為正極與負(fù)極之間的間隙，又可作為離子轉(zhuǎn)移的電解質(zhì)。

固體聚合物電解質(zhì)一般可分為干固體聚合物電解質(zhì)(SPE)和凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)。SPE固體聚合物電解質(zhì)仍重要以聚氧乙烯(PEO)為基礎(chǔ)，其缺點(diǎn)是離子電導(dǎo)率低，在100℃時(shí)只能達(dá)到10-40cm。在SPE中，離子傳導(dǎo)重要發(fā)生在非晶區(qū)，通過聚合物鏈的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行傳導(dǎo)。PEO的分子鏈具有較高的規(guī)律性，容易結(jié)晶，結(jié)晶會(huì)降低離子電導(dǎo)率。因此，可以通過降低聚合物的結(jié)晶度和正向鏈的流動(dòng)性，以及降低導(dǎo)電鹽在聚合物中的溶解度來獲得正向離子電導(dǎo)率。通過接枝、嵌段、交聯(lián)、共聚等方法破壞了聚合物的結(jié)晶功能，使聚合物的離子電導(dǎo)率明顯提高。除了參加無機(jī)復(fù)合鹽還可以提高離子電導(dǎo)率。在固體聚合物電解質(zhì)中，具有高介電常數(shù)和低相對(duì)分子質(zhì)量的液體有機(jī)溶劑，如PC，可以大大提高導(dǎo)電鹽的溶解度。所形成的電解液為GPE凝膠聚合物電解液，在室溫下具有很高的離子電導(dǎo)率，但在使用過程中會(huì)因液體的演化而失效。凝膠聚合物鋰離子電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。