锂离子电池的组成部分(二)
二、电解液 :
第一代电解液:PC + DME + 1M LiPF6 与石墨负极匹配性差,易发生溶剂共嵌入。
第二代电解液:EC + DMC(or DEC) + 1M LiPF6 低温性能差。
第三代电解液:EC + DMC(DEC) + EMC + 1M LiPF6 电导率可达10-2S.cm-1,>50%。
目前工作大多集中在选择添加剂方面,以提高电池首次充放电效率,提高SEI稳定性。
液态电解质溶液 : 锂离子电池採用溶有锂盐的非质子有机溶剂为电解液。由于有机电解液参与负极表面SEI膜的形成,因此对电池性能的影响重大。
作为锂离子电池的电解液,需满足以下几个基本条件:
① 化学稳定性好,电化学视窗宽。
② 电导率高。
③ 与负极材料适配性好,并能形成稳定SEI膜。
④ 工作温度范围宽(-40—60℃)。
⑤ 价格低廉,材料易得。
⑥ 无毒,无污染。
★ 溶剂部分 :
非质子性有机溶剂。为获得尽可能高的电导,常採用二元或多元组分溶剂。
a、 碳酸丙烯酯 PC (Propylene Carbonate)。
b、碳酸乙烯酯 EC (Ethylene Carbonate )。
c、 碳酸二甲酯 DEC(Dimethyl Carbonate)。
d、Propiolic Acid 甲酯。
e、 1,4–丁丙酯 GBL(γ- Butyrolactone)。
★ 溶质部分 :
a、 LiPF6(主要)。
b、LiBF4。
c、 LiClO4。
d、LiAsF6。
e、 LiCF3SO3等
A、环状碳酸化合物(cyclic carbonate)
常用 EC(Ethylene Carbonate)及PC(Propylene Carbonate) :
① 光气法 --- 利用双醇化合物﹝glycol﹞和光气反应
CH2OHCH2OH + COCl2 -------> (CH2O)2CO + 2 HCl
② 二氧化碳合成法 CH2OCH2 + CO2 -------> (CH2O)2CO
B、 链状碳酸化合物
C、常用DMC(Dimethyl Carbonate)和DEC(Diethyl Carbonate) :
① 一氧化碳合成法: 2CH3OH + CO + 1/2 O2 -------> (CH3O)2CO + H2O
② 酯交换法: C2H5OH + (CH3O)2CO -------> CH3OCOOC2H5 + CH3OH
★ 聚和物电解质开发(polymer electrolyte) :
① Dry polymer Electrolyte:聚合物掺杂锂盐形成“聚合物—锂离子络合物”。
由于室温锂离子电导率低(约10-8s.cm-1),难以满足应用要求
② PlasTIcized Polymer Electrolyte(塑胶化聚合物电解质):採用增塑方法,将有机电解质溶液作为增塑剂加入到聚合物基质材料(如PMMA聚甲基丙烯酸甲酯,PAN聚丙烯腈,PVDF聚偏氟乙烯)形成的网路结构中,并使之固定化。
电导率可达10-4——10-3s.cm-1,已接近液相溶液电导率,能满足实用要求,已进入实际应用(商品化聚合物锂离子电池)。
自Bellcore公司于1994年率先报导聚合物锂离子电池以来,聚合物电解质的开发受到越来越广泛的关注。目前工作大多集中在进一步提高膜的实用性能(机械性能及电导率)、发展新的製备方法(光、热引发现场聚合)以及揭示导电机理等方面。