鋰離子電池電解液種類

1、液體電解液

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)，而且對陰陽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極材料嵌有化學活性較大的鋰，所以電解質(zhì)必須采用有機化合物而不能含有水。但有機物離子導(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如EC(ethylcarbonate)、PC(propylenecarbonate)、DMC(dimethylcarbonate)、DEC(diethylcarbonate)，多數(shù)采用混合溶劑，如EC2DMC和PC2DMC等。導(dǎo)電鹽有LiClO4、LiPF6、LiBF6、LiAsF6和LiOSO2CF3,它們導(dǎo)電率大小依次為LiAsF6>LiPF6>LiClO4>LiBF6>LiOSO2CF3。LiClO4因具有較高的氧化性容易出現(xiàn)爆炸等安全性問題，一般只局限于實驗研究中；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化學及熱穩(wěn)定性不好且導(dǎo)電率不高，LiOSO2CF3導(dǎo)電率差且對電極有腐蝕用途，較少使用；雖然LiPF6會發(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EC2DMC，它具有較高的離子導(dǎo)電率與較好的電化學穩(wěn)定性。

2、固體電解液

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3862mAhg-1，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)作為離子的傳導(dǎo)可抑制枝晶鋰的生長，使得金屬鋰用作陽極材料成為可能。此外使用固體電解質(zhì)可防止液態(tài)電解液漏液的缺點，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(200℃)、短路和過充(600%)等破壞性實驗，液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池會發(fā)生漏液、爆炸等安全性問題，而固態(tài)電池除內(nèi)溫略有升高外(<20℃)并無任何其它安全性問題出現(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，既可作為正負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)，其缺點是離子導(dǎo)電率較低，在100℃下只能達到10-40cm。在SPE中離子傳導(dǎo)重要是發(fā)生在無定形區(qū)，借助聚合物鏈的移動進行傳遞遷移。PEO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，可明顯地提高其離子導(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)中加入高介電常數(shù)低相對分子質(zhì)量的液態(tài)有機溶劑如PC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GPE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)生析液而失效。凝膠聚合物鋰離子電池已經(jīng)商品化。