鋰電池由于其高的能量密度、長(zhǎng)的循環(huán)壽命、無(wú)記憶效應(yīng)等特點(diǎn)被認(rèn)為是最具前景的一種儲(chǔ)能器件。目前傳統(tǒng)的鋰離子電池使用的是有機(jī)液體電解質(zhì),盡管液體電解質(zhì)能夠提供較高的離子電導(dǎo)率以及良好的界面接觸,但其不能安全地用于金屬鋰體系、鋰離子遷移數(shù)低、易泄漏、易揮發(fā)、易燃、安全性差等問(wèn)題阻礙了鋰電池的進(jìn)一步發(fā)展。而與液態(tài)電解質(zhì)以及無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)相比,全固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有良好的安全性能、柔順性、易于加工成膜、優(yōu)異的界面接觸等優(yōu)勢(shì),同時(shí)也能很好地抑制鋰枝晶的問(wèn)題,目前受到了廣泛的關(guān)注。
有機(jī)液體電解質(zhì)是把鋰鹽電解質(zhì)溶解于極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑得到的電解質(zhì),這類電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性好,凝固點(diǎn)低、沸點(diǎn)高,可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用,但有機(jī)溶劑介電常數(shù)小、粘度大,溶解無(wú)機(jī)鹽電解質(zhì)的能力差,電導(dǎo)率不高(一般在10-2~10-3S/cm,比水溶液低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)),對(duì)痕量水特別敏感,含水量必須控制在20mg/kg以下。這類電解質(zhì)在鋰離子電池中的作用機(jī)制復(fù)雜,鋰鹽與溶劑的選擇、電解質(zhì)與電極材料的界面行為、添加劑的使用、電池組裝工藝和電池的使用情況等均對(duì)電池性能有著復(fù)雜的影響。因此,合適電解液體系的選擇和最優(yōu)化一直是人們不斷研究和探索的目標(biāo)。
商品化鋰離子電池的液體電解質(zhì)中無(wú)一例外是LiPF6的碳酸脂溶液,這種電解質(zhì)是將鋰鹽溶于兩種或三種碳酸脂的混合濟(jì)劑中,一種碳酸脂的介電常數(shù)高,有利于鋰鹽的離解,通常是EC;另外一種或兩種碳酸醋的裁度低,通常是DMC、DEC、EMC等,有助于提高鋰離子的遷移速率。但有機(jī)液體鋰離子電池易滲漏,產(chǎn)品必須使用堅(jiān)固的金屬外殼,型號(hào)尺寸固定,缺乏靈活性;有機(jī)溶劑的易燃性造成其安全性差,對(duì)電池的保護(hù)措施必須十分完善。
19年Wight首次發(fā)現(xiàn)聚氧乙烯(PEO)與堿金屬鹽配位具有離子導(dǎo)電性,1978年,Amand提出以此作為包含堿金屬電極的可充電池電解質(zhì),從此掀起了聚合物電解質(zhì)的研究熱潮。固體聚合物電解質(zhì)具有不可燃、與電極材料間的反應(yīng)活性低、柔韌性好等優(yōu)點(diǎn),可以克服液態(tài)鋰離子電池的上述缺點(diǎn),允許電極材料放電過(guò)程中的體積變化,比液體電解質(zhì)史耐沖擊、振動(dòng)和變形,易于加L成型,可以根據(jù)不同的需要把電池做成不同形狀,近年來(lái),成為鋰離子電池的重要電解質(zhì)材料之一在聚合物基體中引入液體增塑劑如PC 、 EC等,得到固液復(fù)合的凝膠電解質(zhì),這種由高分子化合物、鋰鹽和極性有機(jī)溶劑組成的三元電解質(zhì)兼有固體電解質(zhì)和液體電解質(zhì)的性質(zhì),1997年,美國(guó)Bellcore公司將凝膠型高分子固體電解質(zhì)用于鋰離子電池,這種電解質(zhì)可將正負(fù)極黏結(jié)在一起,電池使用鋁塑復(fù)合膜包裝即可減小電池漏液的可能性。