文档介绍：锂离子电池材料
——电解质材料
电解质
电解质是制备高功率密度和高能量密度、长循环寿命和安全性能良好的锂离子电池的关健材料之一。用于锂离子电池的电解质一般满足的要求:
a 离子电导率电解质必需具有良好的离子导电性而不能具有电子导电性。-1~2×10-3 s/cm数量般之间。
b 锂离子迁移数阳离子是运载电荷的重要工具。高的离子迁移数能减小电池在充、。较理想的锂离子迁移数应该接近于1。
c ,不希望有副反应发生,这就需要电解质有一定的化学稳定性。为得到一个合适的操作温度范围,电解质必须具有好的热稳定性。~5V的电化学稳定窗口, 满足高电位电极材料充放电电压范围内电解质的电化学稳定性和电极反应的单一性。
d 机械强度当电池技术从实验室到中试或最后的生产时,。
e 安全,无毒,无污染。
目前,,但平均电压较低。如LiMnO4/LiNO3/VO2 锂离子二次扣式电池, V。若以锂盐为溶质溶于有机溶剂制成非水有机电解质,电池的电压大大提高。常用溶剂的主要物理化学性质如表。
1 有机电解质
电解质的一个重要指标是电导率。理论上,锂盐在电解质中离解成自由离子的数目越多,离子迁移越快,电导率就越高。溶剂的介电常数越大,锂离子与阴离子之间的静电作用力越小,锂盐就越容易离解,自由离子的数目就越多;但介电常数大的溶剂其粘度也高,致使离子的迁移速率减慢。对溶质而言,随着锂盐浓度的增高,电导率增大但电解质的粘度也相应增太;锂盐的阴离子半径越大,由于晶格能变小,锂盐越容易离解,但粘度也有增大的趋势,这些互为矛盾的结果。~。
2 聚合物电解质
聚合物电解质按其形态可分为凝胶聚合物电解质(GPE)和固体聚合物电解质(SPE),其主要区别在于前者含有液体增塑剂,而后者没有。电池体系离子载流子,对电子而言必须是绝缘体。用于锂二次电池中的聚合物电解质必须满足化学与电化学稳定性好,室温电导率高,高温稳定性好,不易燃烧,价格合理等特性。聚合物电解质的基体类型主要有:同种单体的聚合物、不同单体的共聚物、不同聚合物的共混物及其它对聚合物改性的聚合物等,常见的聚合物基体有PEO、PPO、PAN、PVC、PVDC等。基体的结构、分子量、玻璃化转变温度(Tk )、结晶度等都会影响聚合物电解质离子电导率、电化学稳定性、机械性能等,如Tk 较低、结晶度不高的聚合物电解质会有较高的离子电导率,而增加基体的 Tk 或分子量、聚合物共混可提高聚合物电解质的机械性能。
聚合物在GPE中主要起骨架支撑作用。固体SPE中的聚合物都可以用作凝胶聚合物电解质的聚合物。至今研究的用于聚合物锂离子电池的聚合物主要有如下几种类型:聚醚系(主要为PEO)、聚丙烯腈(PAN)系、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)系、聚偏氟乙烯(PVDF)系、聚膦嗪和其他类型。
为了提高凝胶聚合物的力学性能及导电能力,目前通常采用共聚、交联、嫁接等方法生成交链聚合物。但是对能共聚且能提高电导率的聚合物必须满足下列条件:①共聚物与锂盐的相容性好;②为防止捕获阳离子,与锂离子的作用不能太强;③共聚物优选含有极性区,这样既能保证力学性能,又能影响导电性。