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聚合物锂电池电解质有哪些?

聚合物锂电池在电池市场上占主导地位,但是你知道吗?聚合物锂电池电解质是有液体和固态之分的,下面就来了解一下吧。

锂电池

(一)聚合物锂电池的液态电解质

电解质的选用对锂离子电池的性能影响非常大,它必须是化学稳定性能好尤其是在较高的电位下和较高温度环境中不易发生分解,具有较高的离子导电率,而且对阴阳极材料必须是惰性的,不能浸腐它们。由于锂离子电池充放电电位较高而且阳极材料嵌有化学活性较大的锂,所以电解质必须采用有机化合物而不能含有水。但有机离子导电率都不好,所以要在有机溶剂中加入可溶解的导电盐以提高离子导电率。目前锂离子电池主要是用液态电解质,其溶剂为无水有机物,多数采用混合溶剂。

常见的有机液体电解质一般是1molL锂盐/混合碳酸脂溶剂构成的体系。作为传递电荷与传质过程的介质,锂离子电池适用的电解液通常应满足以下几方面的要求:

A.在较宽的温度范围内具有较高的电导率,最好达到(1~2)×10-3S/cm以上,锂离子迁移数尽可能高;B.液态温度范围(液程)宽,至少在-20~80℃范围内为液体;C.化学稳定性好,与电极活性物质(如正、负极材抖)、集流体、隔膜等基本上不发生反应

D.与电极材料的相容性好,能形成稳定、有效的钝化膜;

E.电化学稳定性好,分解电压高,以减少电池的自放电和工作时电池内压的升高;F.闪点、燃点高,安全性好;G.环境友好性,分解产物对环境影响较小。

上述要求是实现锂离子电池低内阻、长寿命和高安全性的重要保证。锂盐、有机溶剂的选择和电解质溶液的优化决定着电池的循环效率、工作电压、操作温度和储存期限等是开发锂离子电池的关键技术之一。从某种意义上说,锂离子电池液体电解质对电池性能具有决定性的作用。

经过几十年的研究和实践,锂离子电池使用的电解液己基本成型,商品化的电解液一般选择LiPF6作为锂盐,溶剂多为碳酸乙烯脂(EC)与碳酸二甲脂(DMC)或者碳酸二乙酯(DEC)构成的混合溶剂。此外,还有少量基于特殊目的使用的电解液体系。这些电解液体系,支撑着锂离子电池的商品化以及今后的研究和发展。

(二)聚合物锂电池的固态电解质

用金属锂直接用作阳极材料具有很高的可逆容量,其理论容量高达3862

mAh.g1,是石墨材料的十几倍,价格也较低,被看作新一代锂离子电池最有吸引力的阳极材料,但会产生枝晶锂。采用固体电解质作为阳极材料成为可能。此外使用固体电解质可避免液态电解液漏夜的缺点,还可把电池作成更薄(厚度仅为0.1mm),能量密度更高,体积更小的高能电池。破坏性实验表明固态锂离子电池使用安全性能很高,经钉穿,加热,短路和过充等破坏性实验,液态电解质锂离子电池会发生漏夜、爆炸等安全性问题,而固态电池除内温略有升高外并无任何其它安全性问题出现。固态聚合物电解质具有良好的柔韧性、成膜性、稳定性、成本低等特点,即可作为阴阳电极间隔膜用又可作为传递离子的电解质用。固体聚合物电解质一般可分为干性固体聚合物电解质和凝胶聚合物电解质。固体聚合物电解质主要还是基于聚氧化乙烯,其缺点是离子导电率较低,在固体聚合物电解质中离子传导主要是发生在无定性区,借助聚合物链的移动进行迁移。聚氧化乙烯容易结晶是由于其分子链的高规整性,而晶形化会降低离子导电率。因此要想提高离子导电率一方面可通过降低聚合物的结晶度,提高链的可移动性,另一方面可通过提高导电盐在聚合物中的溶解度。利用接枝、嵌段、交联、共聚等手段来破坏高聚物的结晶性能,可明显的提高其离子导电率。此外加入无机复合盐也能提高离子导电率。在固体聚合物电解质中加入介电常数低相对分子质量的液态有机溶剂则可大大提高导电盐的溶解度,所构成的电解质即为凝胶聚合物电解质,它在室温下具有很高的离子导电率,但在使用过程中会发生析液而失败。凝胶聚合物锂离子电池已经商品化。

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