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鋰電池電解質(zhì)知識知多少

鉅大LARGE  |  點擊量:9038次  |  2018年06月18日  

鋰電池的電解質(zhì)就是在電池中,電解液與電極材料之間的相互作用,其本身存在分解反應,幾乎參與了電池內(nèi)部發(fā)生的所有反應過程。目前鋰離子電池中包含的電解液多為有機體系,在過充、過放、短路及熱沖擊等等濫用的狀態(tài)下,電池溫度迅速升高,電解液普遍存在易燃的問題,常常會導致電池起火,甚至爆炸。目前高容量動力鋰離子電池商業(yè)化最突出的障礙就是安全性問題,因此,選擇合適的電解質(zhì)體系也是獲得高能量、長循環(huán)壽命和安全性能良好的鋰二次電池的關鍵之一。

電解質(zhì)是電池的重要組成部分,在正、負兩極之間起輸運離子、傳導電流的作用。從相態(tài)上來分,鋰離子電池電解質(zhì)可分為液態(tài)、固態(tài)和熔融鹽電解質(zhì)三類。從鋰離子電池內(nèi)部傳質(zhì)的實際要求出發(fā),電解質(zhì)必須滿足以下幾點基本要求:

(1)離子電導率:電解質(zhì)不具有電子導電性,但必須具有良好的離子導電性,一般溫度范圍內(nèi),電解質(zhì)的電導率在1×10-3~2×10-3S/cm之間。

(2)離子遷移數(shù):電池內(nèi)部輸運電荷依賴離子的遷移,高離子遷移數(shù)可減小電極反應時的濃差極化,使電池產(chǎn)生高的能量密度和功率密度。理想的鋰離子遷移數(shù)應盡量接近1。

(3)穩(wěn)定性:電解質(zhì)與電極直接接觸時,應盡量避免副反應的發(fā)生,這就要求電解質(zhì)要具備一定的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

(4)機械強度:電解質(zhì)需要有足夠高的機械強度以滿足電池的大規(guī)模生產(chǎn)包裝過程。Li等將三甲基磷酸酯(TMP)作為高電壓電解液的添加劑,以Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2作為電池的正極并測試,結(jié)果表明,電解液中添加1%TMP,可以顯著提高電池的倍率性能和循環(huán)性能。

為避免常規(guī)鋰電池存在的漏液、易燃、易爆等安全性問題,鋰二次電池電解質(zhì)體系正在向固態(tài)化發(fā)展。固態(tài)電解質(zhì)又被稱為快離子導體,要求電解質(zhì)具有較高的離子導率、低電子導電性、以及低活化能??茖W家們目前研究的固態(tài)電解質(zhì)包括無機固體電解質(zhì)、固態(tài)聚合物電解質(zhì)、固-液復合電解質(zhì)等多種類型。在無機固體電解質(zhì)中,Li+處于流動態(tài),通過電解質(zhì)中的空穴和/或間隙位置發(fā)生遷移傳導。

全固態(tài)聚合物電解質(zhì)的導電是依靠聚合物的鏈段運動和鋰離子遷移,可完全避免液體增塑劑的使用,被認為解決鋰離子電池安全性問題的最好途徑之一。具有交聯(lián)結(jié)構聚乙烯/聚環(huán)氧乙烷固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有較高的離子電導率(25°C時>1.0×10-4S/cm)和優(yōu)越的抗枝晶生長能力。將MFC(micro-fibrillatedcellulose)納米纖維與甲基丙酸烯基全固態(tài)聚合物電介質(zhì)膜進行復合,表現(xiàn)出卓越的力學性能,并且材料整體的電化學性能沒有受到任何破壞,有望應用于柔性全固態(tài)鋰二次電池。

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