鉅大LARGE | 點擊量:528次 | 2023年10月20日
講解鋰電池電解液的種類
鋰離子電池電解液的類型
1.液態鋰離子電池電解質
電解液的選擇對鋰離子電池的性能有很大的影響。它必須具有良好的化學穩定性功能,特別是在高電位和高溫環境下不易分解,具有高離子導電性(>10-3S/cm),并且關于陽極和陰極材料必須是惰性的,不能侵入和衰變它們。
由于鋰離子電池的充放電電勢大,正極材料中鋰的化學活性高,因此選擇有機化合物代替水作為電解質是很有必要的。但是,有機離子的導電性并不好,所以在有機溶劑中加入可溶的導電鹽之前,離子的導電性。
現在鋰離子電池是第一次使用液體電解質,其溶劑是無水的有機,如EC,PC,DMC,DEC,大多數選擇的混合溶劑,如EC/DMC和PC/DMC。導電鹽有LiClO4、LiPF6、LiBF6、LiAsF6等。其電導率為LiAsF6>LiPF6>LiClO4>LiBF6。LiClO4氧化性高,易發生爆炸等安全問題,一般局限于實驗研究。LiAsF6離子具有導電性高、易純化、穩定性好等優點,但其含有毒性As,應用范圍有限。LiBF6的化學和熱穩定性不佳,導電性不高。雖然LiPF6會發生分解反應,但是它的離子電導率很高,所以現在鋰離子電池基本上都是使用iPF6。LiPF6的EC/DMC是商用鋰離子電池中應用最廣泛的電解液,具有較高的離子電導率和良好的電化學穩定性。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2.固態電解質
金屬鋰直接用作負極材料具有很高的可逆容量,其理論容量可達3862mAhg-1,是石墨材料的十倍以上,價格也較低,被認為是新一代鋰離子電池負極材料中最具吸引力的,但會出現枝晶鋰。利用固體電解質作為離子導電可以抑制枝晶鋰的生長,使金屬鋰作為陽極材料成為可能。此外,使用固體電解質可以防止液體電解質泄漏的缺點,并且電池可以制成更薄(0.1mm厚)、更高的能量密度、更小的高能電池。損傷試驗表明,固體鋰離子電池具有很高的安全性能。電解液鋰離子電池在經過擊穿、加熱(200℃)、短路、過充(600%)等損傷試驗后,會出現漏液、爆炸等安全問題,而固體電池除了內部溫度略有升高(<20℃)外,沒有其他安全問題。該固體聚合物電解質具有良好的柔韌性、成膜性、穩定性和低成本等特點,既可作為正極與負極之間的間隙,又可作為離子轉移的電解質。
固體聚合物電解質一般可分為干固體聚合物電解質(SPE)和凝膠聚合物電解質(GPE)。SPE固體聚合物電解質仍重要以聚氧乙烯(PEO)為基礎,其缺點是離子電導率低,在100℃時只能達到10-40cm。在SPE中,離子傳導重要發生在非晶區,通過聚合物鏈的運動進行傳導。PEO的分子鏈具有較高的規律性,容易結晶,結晶會降低離子電導率。因此,可以通過降低聚合物的結晶度和正向鏈的流動性,以及降低導電鹽在聚合物中的溶解度來獲得正向離子電導率。通過接枝、嵌段、交聯、共聚等方法破壞了聚合物的結晶功能,使聚合物的離子電導率明顯提高。除了參加無機復合鹽還可以提高離子電導率。在固體聚合物電解質中,具有高介電常數和低相對分子質量的液體有機溶劑,如PC,可以大大提高導電鹽的溶解度。所形成的電解液為GPE凝膠聚合物電解液,在室溫下具有很高的離子電導率,但在使用過程中會因液體的演化而失效。凝膠聚合物鋰離子電池已經實現了商業化。
上一篇:淺析鋰電池電解液的成分組成