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鋰離子電池電解質的作用和要求有哪些?2021-10-28 14:25

目前固態鋰電池可以分為無機固態電解質電池和聚合物固態鋰電池兩種。電解質的性能對整個電池的性能影響至關重要。它對電池循環性能、操作溫度范圍、電池的耐用程度有著極為重要的影響。對于鋰離子電池而言,電解質的組成至少涉及兩方面:溶劑和鋰鹽。

鋰離子電池電解質的作用

電解質是鋰二次電池和鋰一次電池容量的核心物質之一,并且提高移動陽極和陰極之間的流動性,起著媒質作用的物質。電解質作為鋰離子電池的重要組成部分,在正、負極之間起著輸送離子傳導電流的作用,選擇合適的電解質也是獲得高能量密度和功率密度、長循環壽命和安全性能良好的鋰離子二次電池的關鍵。

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。

電解質是鋰離子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。

鋰離子電池電解質要求

1、鋰離子電導率: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。作為電解質,其必須具有優異的離子導電性和電子絕緣性,使其發揮離子傳輸介質的功能,同時減少本身的自放電。

2、離子遷移數:鋰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:鋰離子電池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。

5、優異的力學性能:由于與正負極直接接觸,聚合物鋰電池電解質應該具有較強的韌性,在電池組裝、儲存以及使用過程中能夠去承受應力的變化,不能發生脆裂。同時作為隔膜使用,也要具有相當的機械強度去抑制鋰枝晶的產生與刺穿,防止正負極的短路。

總的來說,在動力鋰離子電池應用領域,現在主流的液態電解質和凝膠態電解質都存在一定的安全隱患,因此,發展防短路、防過充、防熱失控、防燃燒及不燃性電解液是應對動力電池安全性的關鍵。

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