锂电池电解液又什么用?
21ic 2024-02-21

锂电池是电池种类的一种,在现实生活中,锂电池的应用十分广泛。在往期文章中,小编对锂电池、锂电池保护板等知识均有所解读。为继续增进大家对锂电池的了解程度,本文将对锂电池电解液的作用和锂电池电解液的种类予以介绍。如果你对锂电池具有兴趣,不妨继续往下阅读哦。

一、锂电池电解液作用

锂电池电解液是不可忽视的一个方面,毕竟占据电池成本15%的电解液也确实在电池的能量密度、功率密度、宽温应用、循环寿命、安全性能等方面扮演着至关重要的角色。

电解液是锂电池四大关键材料正极、负极、隔膜、电解液之一,号称锂离子电池的“血液”,在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。

电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、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。主要使用的电解质有高氯酸锂、六氟磷酸锂等。但用高氯酸锂制成的电池低温效果不好,有爆炸的危险,日本和美国已禁止使用。而用含氟锂盐制成的电池性能好,无爆炸危险,适用性强,特别是用六氟磷酸锂制成的电池,除上述优点外,将来废弃电池的处理工作相对简单,对生态环境友好,因此该类电解质的市场前景十分广泛。

电解液在锂电池正、负极之间起到传导电子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、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。


二、锂电池电解液的具备条件

锂离子电池采用的电解液是在有机溶剂中溶有电解质锂盐的离子型导体。一般作为实用锂离子电池的有机电解液应该具备以下性能:

(1)离子电导率高,一般应达到10-3~2*10-3S/cm;锂离子迁移数应接近于1;

(2)电化学稳定的电位范围宽;必须有0~5V的电化学稳定窗口;

(3)热稳定好,使用温度范围宽;

(4)化学性能稳定,与电池内集流体和恬性物质不发生化学反应;

(5)安全低毒,最好能够生物降解。

适合的溶剂需其介电常数高,粘度小,常用的有烷基碳酸盐如PC,EC等极性强,介电常数高,但粘度大,分子间作用力大,锂离于在其中移动速度慢。而线性酯,如DMC(二甲基碳酸盐)、DEC(二乙基碳酸盐)等粘度低,但介电常数也低,因此,为获得具有高离子导电性的溶液,一般都采用PC+DEC,EC+DMC等混合溶剂。这些有机溶剂有一些味道,但总体来说,都是能符合欧盟的RoHS,REACH要求的,是毒害性很小、环保有好性的材料。

目前开发的无机阴离子导电盐主要有LiBF4,LiPF6,LiAsF6三大类,它们的电导率、热稳定性和耐氧化性次序如下:

电导率:LiAsF6≥LiPF6》LiClO4》LiBF4

热稳定性:LiAsF6》LiBF4》LiPF6

耐氧化性:LiAsF6≥LiPF6≥LiBF4》LiClO4

LiAsF6有非常高的电导率、稳定性和电池充电放电率,但由于砷的毒性限制了它的应用。目前最常用的是LiPF6。

总的来说,锂电池电解液的作用是非常大的,而且它的发展前景也是非常广阔的,

锂电池电解液是电池中离子传输的载体,主要是由高纯度的有机类溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料组成的,电解液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。


三、锂电池电解液的种类

1、液体电解液

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(》10-3 S/cm),而且对阴阳极材料必须是惰性的、不能侵腐它们。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。但有机物离子导电率都不好,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如EC、PC、DMC、DEC,多数采用混合溶剂,如EC/DMC和PC/DMC等。导电盐有LiClO 4、LiPF6、LiBF6、LiAsF6等,它们导电率大小依次为LiAsF6》LiPF6》LiClO 4》LiBF6。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,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L iPF6。目前商用锂离子电池所用的电解液大部分采用LiPF6的EC/DMC,它具有较高的离子导电率与较好的电化学稳定性。

2、固体电解液

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3862mAh·g-1,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离子的传导可抑制枝晶锂的生长,使得金属锂用作阳极材料成为可能。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锂离子电池使用安全性能很高,经钉穿、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。固体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固体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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