鋰離子電池電解液種類的分類

目前鋰離子電池重要使用的電解質(zhì)分為液態(tài)電解質(zhì)與固態(tài)電解質(zhì)，液態(tài)電解質(zhì)俗稱為電解液，目前重要應(yīng)用于圓柱及方型鋰離子電池中；固態(tài)電解質(zhì)又稱之為聚合物電解質(zhì)，目前重要應(yīng)用于軟包電池上，也有極少數(shù)方型鋰離子電池使用固態(tài)電解質(zhì)，因為固態(tài)電解質(zhì)較液態(tài)電解質(zhì)成本較貴，所以尚未在大量應(yīng)用的鋰離子電池中廣泛普及使用。

1、液體電解液

電解液的選用對鋰離子電池的性能影響非常大，它必須是化學(xué)穩(wěn)定性能好尤其是在較高的電位下和較高溫度環(huán)境中不易發(fā)生分解，具有較高的離子導(dǎo)電率(>10-3S/cm)，而且對陰陽極材料必須是惰性的、不能侵腐它們。由于鋰離子電池充放電電位較高而且陽極材料嵌有化學(xué)活性較大的鋰，所以電解液必須采用有機化合物而不能含有水。但有機物離子導(dǎo)電率都不好，所以要在有機溶劑中加入可溶解的導(dǎo)電鹽以提高離子導(dǎo)電率。目前鋰離子電池重要是用液態(tài)電解質(zhì)，其溶劑為無水有機物如EC、PC、DMC、DEC，多數(shù)采用混合溶劑，如EC/DMC和PC/DMC等。

導(dǎo)電鹽有LiClO4、LiPF6、LiBF6、LiAsF6等,它們導(dǎo)電率大小依次為LiAsF6>LiPF6>LiClO4>LiBF6。LiClO4因具有較高的氧化性容易出現(xiàn)爆炸等安全性問題，一般只局限于實驗研究中；LiAsF6離子導(dǎo)電率較高易純化且穩(wěn)定性較好，但含有有毒的As，使用受到限制；LiBF6化學(xué)及熱穩(wěn)定性不好且導(dǎo)電率不高，雖然LiPF6會發(fā)生分解反應(yīng)，但具有較高的離子導(dǎo)電率，因此目前鋰離子電池基本上是使用LiPF6。目前商用鋰離子電池所用的電解液大部分采用LiPF6的EC/DMC，它具有較高的離子導(dǎo)電率與較好的電化學(xué)穩(wěn)定性。

2、固體電解液

用金屬鋰直接用作陽極材料具有很高的可逆容量，其理論容量高達(dá)3862mAhg，是石墨材料的十幾倍，價格也較低，被看作新一代鋰離子電池最有吸引力的陽極材料，但會出現(xiàn)枝晶鋰。采用固體電解質(zhì)作為離子的傳導(dǎo)可抑制枝晶鋰的生長，使得金屬鋰用作陽極材料成為可能。此外使用固體電解液可防止液態(tài)電解液漏液的缺點，還可把電池做成更薄(厚度僅為0.1mm)、能量密度更高、體積更小的高能電池。

破壞性實驗表明固態(tài)鋰離子電池使用安全性能很高，經(jīng)釘穿、加熱(200℃)、短路和過充(600%)等破壞性實驗，液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池會發(fā)生漏液、爆炸等安全性問題，而固態(tài)電池除內(nèi)溫略有升高外(<20℃)并無任何其它安全性問題出現(xiàn)。固體聚合物電解質(zhì)具有良好的柔韌性、成膜性、穩(wěn)定性、成本低等特點，既可作為正負(fù)電極間隔膜用又可作為傳遞離子的電解質(zhì)用。

固體聚合物電解質(zhì)一般可分為干形固體聚合物電解質(zhì)(SPE)和凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)。SPE固體聚合物電解質(zhì)重要還是基于聚氧化乙烯(PEO)，其缺點是離子導(dǎo)電率較低，在100℃下只能達(dá)到10-40cm。在SPE中離子傳導(dǎo)重要是發(fā)生在無定形區(qū)，借助聚合物鏈的移動進(jìn)行傳遞遷移。

在固體聚合物電解質(zhì)中加入高介電常數(shù)低相對分子質(zhì)量的液態(tài)有機溶劑如PC則可大大提高導(dǎo)電鹽的溶解度，所構(gòu)成的電解液即為GPE凝膠聚合物電解質(zhì)，它在室溫下具有很高的離子導(dǎo)電率，但在使用過程中會發(fā)生析液而失效。凝膠聚合物鋰離子電池已經(jīng)商品化。