【摘要】 由于液体电解质存在漏液、易燃、易挥发、不稳定等缺点。所以希望固体电解质兼具电解质和隔膜功能。
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锂离子电池的电解质主要分为三类:聚合物电解质、无机固体电解质和液态电解质。聚合物电解质具有良好的柔韧性和安全性,但导电性相对较低;无机固体电解质导电性较好,但机械性能较差,难以适应电池的膨胀和收缩;液态电解质导电性好,但存在泄漏风险。针对这些缺点,研究人员们通过添加导电添加剂、优化电解质配方和结构设计等方式进行改性,以提高电池性能和安全性。
聚合物电解质
由于液体电解质存在漏液、易燃、易挥发、不稳定等缺点。所以希望固体电解质兼具电解质和隔膜功能。
分类
1.全固态聚合物电解质
2.胶体聚合物电解质
优点
高分子材料的柔顺性、良好的成膜性、粘弹性、稳定性、质轻、成本低、力学性能、电化学稳定性。
全固态聚合物电解质
形成高导电聚合物电解质,对于主体聚合物的要求:
1.具有给电子能力很强的原子或原子团
2.配位中心间距要适当,能够与每个阳离子形成多重键,达到良好溶解度
3.聚合物分子链段足够柔顺,聚合物功能键的旋转阻力低,利于阳离子移动
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胶体聚合物电解质
全固态电解质通过添加增塑剂改善性能,聚合物基体支撑并增强力学性能,液体电解质负责离子传输。电化学性能与液体电解质相近。研究中常用的聚合物包括PAN、PEO、PMMA和PVDF。商业化应用有PVDF-HFP的相翻转技术和SONY的胶体电解质技术,这些技术结合了固体和液体电解质的优点,提高了电池的安全性和能量密度,同时允许使用软包技术进行封装,增加电池的柔性。
无机固体电解质
锂离子电池发展方向:安全、高容量、长寿命液体电解质易出现漏液、安全隐患、原料价格高。
锂无机固体电解质
又称锂快离子导体
包括:晶态电解质(陶瓷电解质)/ 非晶态电解质(玻璃电解质)
优点:Li+电导率 >10-3 S/cm, Li+迁移数 ≈1,电导活化能<0.5 eV耐高温性能、可加工性能应用于高比能量大型动力锂离子电池
不足:机械强度差、与电极活性物质接触时界面阻抗大、电化学窗口窄
锂陶瓷电解质
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玻璃态锂无机固体电解质
组成:
1. 网络形成氧化物(SiO2、B2O3、P2O5等)
2. 网络改性氧化物(Li2O)
特点:
1.网络形成物形成强烈的相互连接的巨分子链,长程有序
2.网络反应物与网络形成物发生化学反应——打破巨分子
3.链中的桥氧,在其结构中Li+能够移动——导电性。
4.离子电导率低:室温下仅为10-8~10-7 S/cm
改性方式:掺杂(如:硫化物及氧硫化物的掺杂)
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新能源电池材料测试
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