鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:3208次 | 2020年09月09日
鋰離子電池電解質(zhì)的分類介紹
電解質(zhì)在正負(fù)極間起著傳遞電荷用途,應(yīng)該對離子導(dǎo)電、對電子絕緣。它對電池循環(huán)性能、操作溫度范圍、電池的耐用程度有著極為重要的影響。關(guān)于鋰離子電池而言,電解質(zhì)的組成至少涉及兩方面:溶劑和鋰鹽。
A.液體電解質(zhì)
對溶劑的選擇重要基于三個(gè)方面的性質(zhì)要求.即介電常數(shù)、粘度及溶劑的電子施主性質(zhì)。一般說來,高介電常數(shù)有利于鋰鹽的離解,同時(shí)強(qiáng)的電子施主能力將有利于電解質(zhì)鹽的溶解。所謂溶劑的電子施主性質(zhì)是溶劑分子所固有的失電子能力,其能力大小決定了電解質(zhì)陽離子的溶劑化能力的高低。低的粘度可以新增離子的流動(dòng)性,有助于提高電導(dǎo)率。
目前通常使用兩種或兩種以上溶劑混合而成的二元、多元混合溶劑。常見的有機(jī)溶劑有醚(ether)、烷基碳酸脂(alkylcarbonate)、內(nèi)脂(lactone)、縮酮(ketal)等。
鋰鹽重要用來供應(yīng)有效載流子。選擇鋰鹽,一般遵循以下幾個(gè)原則:
與正負(fù)極材料有良好穩(wěn)定性(兼容性),也就是說,在存儲(chǔ)期間,電解質(zhì)與活性物質(zhì)界面電化學(xué)反應(yīng)速度小,使電池的自放電容量損失減至最少;比電導(dǎo)率高,溶液的歐姆壓降小;安全性能高,無毒,無污染。
常用的鋰鹽有如下幾種:六氟砷酸鋰(LiPF6),在充放電過程中LIAsF6會(huì)釋放出有毒砷化物,而且價(jià)格相對昂貴。六氟磷酸鋰(LiPF6),己在商業(yè)電池中廣泛使用,有較高的電導(dǎo)率且對碳材料有較好的兼容性,缺點(diǎn)是價(jià)格相對昂貴,固態(tài)時(shí)穩(wěn)定性較差,對水十分敏感。三氟甲基磺酸鋰LiCF3SO2,有較好的穩(wěn)定性,但其電導(dǎo)率僅為基于LiPF6的液體電解質(zhì)的一半。四氟硼酸鋰(LiBF4)、高氯酸鋰(LiCl04)都是廣泛使用的鹽。但是,含高氯酸鋰類亞胺基鋰鹽,典型的是雙氟磺酞亞胺鋰(LiN(CF3SO2)2,其電導(dǎo)率可以和甚干LiPF6電解質(zhì)相比擬,穩(wěn)定性超過FLiCF3SO2。
B.固體電解質(zhì)
固體電解質(zhì),又稱超離子導(dǎo)體或快離子導(dǎo)體。
是指離子電導(dǎo)率接近(或在某些情況下超過)熔翻和電解質(zhì)溶液的一類固體離子導(dǎo)電材料。是一類介于固體和液體之間的奇特固體材料,是物質(zhì)的一個(gè)異常狀態(tài),其中有一些原子(離子),有接近于液體的遷移率,而其它原子則保持其空間結(jié)構(gòu)(排列)。這種液一固二相性,以及它在能源(包括出現(xiàn),貯存和節(jié)能等幾個(gè)環(huán)節(jié))、冶金、環(huán)保、電化學(xué)器件等各個(gè)領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景,區(qū)而引起了物理學(xué)家、化學(xué)家和和材料學(xué)家的廣泛重視。
聚合物固體電解質(zhì)是由含有可溶劑化極性基團(tuán)的聚合物與鹽絡(luò)合形成的固體電解質(zhì)材料。它除了顯示出半導(dǎo)體、離子溶液等常見電導(dǎo)體系的性質(zhì)外,還具有無機(jī)固體電解質(zhì)所不及的可塑性,這一特性使聚合物固體電解質(zhì)在應(yīng)用上表現(xiàn)了三大優(yōu)越性:
任意形狀及厚度的薄膜。所以盡管聚合物電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率不高,較無機(jī)的低2~3個(gè)數(shù)量級,由于加工成很薄的膜,使電池內(nèi)阻大大降低,從而可通過提高面積/厚度比值來補(bǔ)償電導(dǎo)的偏低;緊密性-與電極完整的接觸,使充放電電流增大;應(yīng)性-在充放電過程中能很好地承受壓力的變化,適應(yīng)電極體積變化。聚合物固體電解質(zhì)質(zhì)輕、耐壓、抗震、耐疲勞、無毒無腐蝕以及與電極組成電池時(shí)所表現(xiàn)出的電化學(xué)穩(wěn)定性為其應(yīng)用開創(chuàng)了更廣泛的前景。目前國內(nèi)外的科學(xué)家們正致力于使它能應(yīng)用在能源貯存、電化學(xué)元件、傳感器等多方面的研究,在高比能鋰離子電池的研制進(jìn)程中已成為最強(qiáng)有力的競爭者。
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