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鋰電池電解質知識知多少

鉅大LARGE  |  點擊量:9025次  |  2018年06月18日  

鋰電池的電解質就是在電池中,電解液與電極材料之間的相互作用,其本身存在分解反應,幾乎參與了電池內部發生的所有反應過程。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化最突出的障礙就是安全性問題,因此,選擇合適的電解質體系也是獲得高能量、長循環壽命和安全性能良好的鋰二次電池的關鍵之一。

電解質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。從相態上來分,鋰離子電池電解質可分為液態、固態和熔融鹽電解質三類。從鋰離子電池內部傳質的實際要求出發,電解質必須滿足以下幾點基本要求:

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

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

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

(4)機械強度:電解質需要有足夠高的機械強度以滿足電池的大規模生產包裝過程。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性能。

為避免常規鋰電池存在的漏液、易燃、易爆等安全性問題,鋰二次電池電解質體系正在向固態化發展。固態電解質又被稱為快離子導體,要求電解質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電解質包括無機固體電解質、固態聚合物電解質、固-液復合電解質等多種類型。在無機固體電解質中,Li+處于流動態,通過電解質中的空穴和/或間隙位置發生遷移傳導。

全固態聚合物電解質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。具有交聯結構聚乙烯/聚環氧乙烷固態聚合物電解質具有較高的離子電導率(25°C時>1.0×10-4S/cm)和優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聚合物電介質膜進行復合,表現出卓越的力學性能,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鋰二次電池。

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