锂电池电解液的分类与使用
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锂电池电解液的分类与使用

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浏览:- 发布日期:2017-03-28 20:00:00【

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电解质是锂电池四大关键材料(正极、负极、隔膜、电解液)之一,号称锂电池的“血液”,在锂电池中正负极之间起到传导电子的作用,是锂电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解质一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐(六氟磷酸锂,LiFL6)、必要的添加剂等原料,在一定条件下,按一定比例配制而成的。 

有机溶剂是电解质的主体部分,与电解质的性能密切相关,一般用高介电常数溶剂与低粘度溶剂混合使用;常用电解质锂盐有高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等,但从成本、安全性等多方面考虑,六氟磷酸锂是商业化锂电池采用的主要电解质;添加剂的使用尚未商品化,但一直是有机电解液的研究热点之一。

锂电池工作原理图

图1 锂电池工作原理图


目前锂离子电池主要使用的电解质分为液态电解质与固态电解质,液态电解质俗称为电解液,目前主要应用于圆柱及方型锂电池中;固态电解质又称之为聚合物电解质,目前主要应用于软包电池上,也有极少数方型锂电池使用固态电解质,因为固态电解质较液态电解质成本较贵,所以尚未在大量应用的锂电池中广泛普及使用。

下面我们简单介绍一下液态电解质与固态电解质的区别与联系,以及使用上的差异:

液态电解质

其溶剂为无水有机物如EC(ethyl carbonate) 、PC (propylenecarbonate)、DMC(dimethyl carbonate)、DEC(diethyl carbonate),多数采用混合溶剂,如EC2DMC 和PC2DMC 等。导电盐有L iClO4、LiPF6、LiBF6、LiA sF6 和LiOSO2CF3,它们导电率大小依次为LiAsF6> LiPF6> LiClO4>LiBF6> LiOSO 2CF3。LiClO4因具有较高的氧化性容易出现爆炸等安全性问题,一般只局限于实验研究中;LiAsF6离子导电率较高易纯化且稳定性较好,但含有有毒的As,使用受到限制;LiBF6化学及热稳定性不好且导电率不高,LiO SO2CF3导电率差且对电极有腐蚀作用,较少使用;虽然LiPF6会发生分解反应,但具有较高的离子导电率,因此目前锂离子电池基本上是使用LiPF6。目前商用锂离子电池所用的电解液大部分采用LiPF6的EC2DMC,它具有较高的离子导电率与较好的电化学稳定性。

因为液态电解质的特性,在实际使用中需要添加多种辅助剂来改善电解质的特性;根据各锂电池厂家的配方及核心技术不 

固态电解质

采用固态电解质作为离子的传导可抑制枝晶锂的生长,使用固态电解质可避免液态电解液漏液的缺点,还可把电池做成更薄(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电解质锂电池使用安全性能更高,经穿刺、加热( 200℃)、短路和过充(600%)等破坏性实验,液态电解质锂离子电池会发生漏液、爆炸等安全性问题,而固态电池除内温略有升高外(<20℃)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,既可作为正负电极间隔膜用,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形固体聚合物电解质(SPE)和凝胶聚合物电解质(GPE)。SPE固态聚合物电解质主要还是基于聚氧化乙烯(PEO),其缺点是离子导电率较低,在100℃下只能达到10-40cm。在SPE中离子传导主要是发生在无定形区,借助聚合物链的移动进行传递迁移。PEO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,可明显地提高其离子导电率。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高介电常数低相对分子质量的液态有机溶剂如PC则可大大提高导电盐的溶解度,所构成的电解质即为GPE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效。凝胶聚合物锂离子电池已经商品化。

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