什么是锂离子电池?有哪些特性和优点?

一、什么是电解质?
电解质是溶于水溶液中或在熔融状态下自身能够导电的化合物 。根据其电离程度可分为强电解质和弱电解质,几乎全部电离的是强电解质,只有少部分电离的是弱电解质 。
电解质都是以离子键或极性共价键结合的物质 。化合物在溶解于水中或受热状态下能够解离成自由移动的离子 。离子化合物在水溶液中或熔化状态下能导电;某些共价化合物也能在水溶液中导电,但也存在固体电解质,其导电性来源于晶格中离子的迁移,既然如此,那电解质种类有哪些,对锂离子电池性能有哪些影响呢?
二、电解质种类有哪些?
根据电解质的存在状态可将锂电池电解质分为液体电解质、固体电解质和固液复合电解质 。液体电解质包括有机液体电解质和室温离子液体电解质,固体电解质包括固体聚合物电解质和无机固体电解质,而固液复合电解质则是固体聚合物和液体电解质复合而成的凝胶电解质,参见图2 。

什么是锂离子电池?有哪些特性和优点?

文章插图
锂离子电池电解质
不同电解质体系的基本性质比较见表1 。可以看出,不同种类的锂离子电池电解质都有各自的优点,也有各自的缺点和不足 。
什么是锂离子电池?有哪些特性和优点?

文章插图
不同电解质体系的基本性质比较
1、有机液体电解质
把锂盐电解质溶解于极性非质子有机溶剂得到的电解质,这类电解质的电化学稳定性好、凝固点低、沸点高 , 可以在较宽的温度范围内使用 。但有机溶剂介电常数小、黏度大,溶解无机盐电解质的能力差,电导率不高,对痕量水特别敏感 。有机液体锂电池易渗漏,产品必须使用坚固的金属外壳 , 型号尺寸固定,缺乏灵活性 , 有机溶剂的易燃性造成其安全性差,对电池的保护措施必须十分完善 。
2、室温离子液体电解质
由特定阳离子和阴离子构成的在室温或近室温条件下呈液态的功能材料或介质 , 具有导电率高、蒸气压低、液程宽、化学与电化学稳定性好,无污染、易回收等突出的优点 。室温熔盐用作锂离子电池电解质提高电池在高功率密度下的安全性,彻底消除电池的安全隐患,从而使锂离子电池在电动汽车等大型动力系统或其他特殊条件下的应用成为可能 。
3、固体聚合物电解质
具有不可燃、与电极材料间的反应活性低、柔轫性好等优点,可以克服液态锂离子电池的上述缺点,允许电极材料放电过程中的体积变化,比液体电解质更耐冲击、振动和变形 , 易于加工成型,可以根据不同的需要把电池做成不同形状 。
4、凝胶电解质
在聚合物基体中引人液体增塑剂如PC、EC等,得到固液复合的凝胶电解质,这种由高分子化合物、锂盐和极性有机溶剂组成的三元电解质兼有固体电解质和液体电解质的性质 。
5、无机固体电解质
具有高离子传导性的固体材料,用于全固态锂离子电池的无机固体电解质分为玻璃电解质和陶瓷电解质,固体电解质既有电解质的作用,又可以取代电池中的隔膜,因此 , 使用无机固体电解质制备的全固态锂电池不必担心漏液问题,电池可以向小型化和微型化发展 。虽然在这类材料中锂离子迁移数大 , 但电解质本身的导电性比液体电解质小得多,这类材料用于锂离子电池时与电扱材料间的界面阻抗高 。此外,无机固体电解质的脆性大,以此作为电解质的锂离子电池的抗震性能差 。
【什么是锂离子电池?有哪些特性和优点?】三、电解质对锂离子电池性能有哪些影响?
电解质对锂离子电池性能影响主要包括以下几个方面:
1、对电池容量的影响
虽然电极材料是决定锂离子电池比容量的先决条件,但电解质也在很大程度上影响电极材料的可逆容量 , 这是因为电极材料的嵌、脱锂过程和循环过程始终是与电解质相互作用的过程,这种相互作用对电极材料的界面状况和内部结构的变化有重要影响 。
在锂离子电池工作过程中,除了锂离子嵌、脱时在正、负极发生的氧化还原反应外 , 还存在着大量的副反应,如电解质在正、负极表面的氧化与还原分解、电极活性物质的表面钝化、电极与电解质界面间的界面阻抗高等,这些因素都在不同程度上影响电极材料的嵌、脱锂容量,因此有些电解质体系可以使电极材料表现出优良的嵌、脱锂容量 , 而有些电解质体系则对电极材料具有很大的破坏性 。


推荐阅读