鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2771次 | 2021年01月28日
鋰離子電池電解液種類的分類基本有什么?
目前鋰離子電池重要使用的電解質(zhì)分為液態(tài)電解質(zhì)與固態(tài)電解質(zhì),液態(tài)電解質(zhì)俗稱為電解液,目前重要應(yīng)用于圓柱及方型鋰離子電池中;固態(tài)電解質(zhì)又稱之為聚合物電解質(zhì),目前重要應(yīng)用于軟包電池上,也有極少數(shù)方型鋰離子電池使用固態(tài)電解質(zhì),因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)較液態(tài)電解質(zhì)成本較貴,所以尚未在大量應(yīng)用的鋰離子電池中廣泛普及使用。
1、液體電解液
電解液的選用對(duì)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(>10-3S/cm),而且對(duì)陰陽(yáng)極材料必須是惰性的、不能侵腐它們。由于鋰離子電池充放電電位較高而且陽(yáng)極材料嵌有化學(xué)活性較大的鋰,所以電解液必須采用有機(jī)化合物而不能含有水。但有機(jī)物離子導(dǎo)電率都不好,所以要在有機(jī)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(wú)水有機(jī)物如EC、PC、DMC、DEC,多數(shù)采用混合溶劑,如EC/DMC和PC/DMC等。
導(dǎo)電鹽有LiClO4、LiPF6、LiBF6、LiAsF6等,它們導(dǎo)電率大小依次為L(zhǎng)iAsF6>LiPF6>LiClO4>LiBF6。LiClO4因具有較高的氧化性容易出現(xiàn)爆炸等安全性問(wèn)題,一般只局限于實(shí)驗(yàn)研究中;LiAsF6離子導(dǎo)電率較高易純化且穩(wěn)定性較好,但含有有毒的As,使用受到限制;LiBF6化學(xué)及熱穩(wěn)定性不好且導(dǎo)電率不高,雖然LiPF6會(huì)發(fā)生分解反應(yīng),但具有較高的離子導(dǎo)電率,因此目前鋰離子電池基本上是使用LiPF6。目前商用鋰離子電池所用的電解液大部分采用LiPF6的EC/DMC,它具有較高的離子導(dǎo)電率與較好的電化學(xué)穩(wěn)定性。
2、固體電解液
用金屬鋰直接用作陽(yáng)極材料具有很高的可逆容量,其理論容量高達(dá)3862mAhg,是石墨材料的十幾倍,價(jià)格也較低,被看作新一代鋰離子電池最有吸引力的陽(yáng)極材料,但會(huì)出現(xiàn)枝晶鋰。采用固體電解質(zhì)作為離子的傳導(dǎo)可抑制枝晶鋰的生長(zhǎng),使得金屬鋰用作陽(yáng)極材料成為可能。此外使用固體電解液可防止液態(tài)電解液漏液的缺點(diǎn),還可把電池做成更薄(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(shí)驗(yàn)表明固態(tài)鋰離子電池使用安全性能很高,經(jīng)釘穿、加熱(200℃)、短路和過(guò)充(600%)等破壞性實(shí)驗(yàn),液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池會(huì)發(fā)生漏液、爆炸等安全性問(wèn)題,而固態(tài)電池除內(nèi)溫略有升高外(<20℃)并無(wú)任何其它安全性問(wèn)題出現(xiàn)。固體聚合物電解質(zhì)具有良好的柔韌性、成膜性、穩(wěn)定性、成本低等特點(diǎn),既可作為正負(fù)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)一般可分為干形固體聚合物電解質(zhì)(SPE)和凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)。SPE固體聚合物電解質(zhì)重要還是基于聚氧化乙烯(PEO),其缺點(diǎn)是離子導(dǎo)電率較低,在100℃下只能達(dá)到10-40cm。在SPE中離子傳導(dǎo)重要是發(fā)生在無(wú)定形區(qū),借助聚合物鏈的移動(dòng)進(jìn)行傳遞遷移。