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什么是锂电池电解质

编辑:admin   浏览:次   时间:2016-03-15

 

锂电池的电解质就是在电池中,电解液与电极材料之间的相互作用,其本身存在分解反应,几乎参与了电池内部发生的所有反应过程。目前锂离子电池中包含的电解液多为有机体系,在过充、过放、短路及热冲击等等滥用的状态下,电池温度迅速升高,电解液普遍存在易燃的问题,常常会导致电池起火,甚至爆炸。目前高容量动力锂离子电池商业化最突出的障碍就是安全性问题,因此,选择合适的电解质体系也是获得高能量、长循环寿命和安全性能良好的锂二次电池的关键之一。

 

电解质是电池的重要组成部分,在正、负两极之间起输运离子、传导电流的作用。从相态上来分,锂离子电池电解质可分为液态、固态和熔融盐电解质三类。从锂离子电池内部传质的实际要求出发,电解质必须满足以下几点基本要求:
(1)离子电导率:电解质不具有电子导电性,但必须具有良好的离子导电性,一般温度范围内,电解质的电导率在1×10-3~ 2×10-3S/cm 之间。
(2)离子迁移数:电池内部输运电荷依赖离子的迁移,高离子迁移数可减小电极反应时的浓差极化,使电池产生高的能量密度和功率密度。理想的锂离子迁移数应尽量接近1。
(3)稳定性:电解质与电极直接接触时,应尽量避免副反应的发生,这就要求电解质要具备一定的化学稳定性和热稳定性。
(4)机械强度:电解质需要有足够高的机械强度以满足电池的大规模生产包装过程。Li等将三甲基磷酸酯(TMP)作为高电压电解液的添加剂,以Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2作为电池的正极并测试,结果表明,电解液中添加1% TMP,可以显著提高电池的倍率性能和循环性能。

 

 

为避免常规锂电池存在的漏液、易燃、易爆等安全性问题,锂二次电池电解质体系正在向固态化发展。固态电解质又被称为快离子导体,要求电解质具有较高的离子导率、低电子导电性、以及低活化能。科学家们目前研究的固态电解质包括无机固体电解质、固态聚合物电解质、固-液复合电解质等多种类型。在无机固体电解质中,Li+处于流动态,通过电解质中的空穴和/或间隙位置发生迁移传导。

 

 

全固态聚合物电解质的导电是依靠聚合物的链段运动和锂离子迁移,可完全避免液体增塑剂的使用,被认为解决锂离子电池安全性问题的最好途径之一。具有交联结构聚乙烯/聚环氧乙烷固态聚合物电解质具有较高的离子电导率(25°C时 >1.0× 10-4S/cm)和优越的抗枝晶生长能力。将MFC(micro-fibrillated cellulose)纳米纤维与甲基丙酸烯基全固态聚合物电介质膜进行复合,表现出卓越的力学性能,并且材料整体的电化学性能没有受到任何破坏,有望应用于柔性全固态锂二次电池。

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