锂离子电池用有机电解液和聚合物电解质的研究进展
锂离子电池电解液研究现状及展望
锂离子电池电解液研究现状及展望锂离子电池电解液研究现状及展望摘要:锂离子电池电解液及其关键材料的研究日益受到广泛地重视。
电解液作为锂离子电池重要组成部分,其性能优劣对锂离子电池的发展是极大地制约。
以锂离子电池工作环境要求不同,电解液可分为高温型电解液、低温型电解液和安全型电解液,阐述了近几年锂离子电池电解液的技术研发现状,展望了锂离子电池电解液的未来发展趋势。
关键词:锂离子电池;电解液;溶剂;锂盐;添加剂锂离子电池自1990年实现规模生产以来,以比其它二次电池(铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池)所不能比拟的优越电性能及外型可变优势迅速占领了许多市场领域,得到了迅猛的发展。
已广泛应用于手机、笔记本电脑、PDA、摄像机、数码相机、移动DVD、MP3、电动车、电动工具等领域,已成为各种现代化移动通讯设备、电子设备、交通设备等不可缺少的部件。
锂离子电池电解液是锂离子电池必需的关键材料,在电池中正负极之间起到传导电子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。
伴随着锂离子电池的快速发展,我国锂离子电池所需的电解液生产也从无到有、从小到大发展壮大起来,对锂离子电池的发展起到了非常重要的支撑作用。
本文按照锂离子电池的工作环境要求,将锂离子电池电解液分为以下三个方面:高温型电解液、低温型电解液、安全型电解液,阐述了近几年锂离子电池电解液的技术研发现状。
1.锂离子电池高温型电解液研究锂离子电池在长时间工作状态下,电池内部温度会升高,局部温度可能达到70~80℃,普通电解液在高温下可能会发生一些副反应,影响电池的性能。
通过在普通电解液中加入功能添加剂制备成高温型电解液,在不影响常规性能的前提下,可以提高电池的高温性能。
1.1 磺酸酯添加剂研究固体电解质相间界面(solid electrolyte interphase,简称SEI)膜在锂离子电池中具有重要的意义,SEI膜的质量对提高锂离子电池的循环寿命有重要的作用。
锂离子电池中聚合物电解质的研究进展_步爱秀
第44卷第4期 辽 宁 化 工 Vol.44,No. 4 2015年4月 Liaoning Chemical Industry April,2015收稿日期: 2014-12-15锂离子电池中聚合物电解质的研究进展步爱秀,谭 勇(沈阳理工大学环境与化工学院, 辽宁 沈阳 110159)摘 要: 聚合物电解质在锂离子电池中具有隔膜和电解质的功能,与传统的隔膜和电解质体系相比,改变了对电解液亲和性差,避免了液态电解液泄漏爆炸等安全问题,同时也简化了电池装备,便于电池外形设计。
本文介绍了聚合物电解质的初期发展及性能要求,综述了聚合物电解质组成、各组分作用及改性研究,概述了聚合物电解质出现的问题及未来研究重点。
关 键 词:锂离子电池; 性能要求; 固态聚合物电解质; 凝胶聚合物电解质中图分类号:TQ 325 文献标识码: A 文章编号: 1004-0935(2015)04-0392-03锂离子电池因具有工作电压高、比能量大、无记忆效应、循环寿命长、自放电率低等优点,是各类电子产品的理想电源,也是未来电动汽车的理想轻型高能动力源,因此是二次电池的研发及应用的热点。
锂离子电池主要由正负电极、隔膜、电解质及外壳组成[1]。
隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,隔离正、负极避免电池短路,为电解液传输离子提供通道,所以隔膜的材料和结构影响锂离子电池的性能。
如影响电池的有效容量、倍率性能、循环寿命及安全性等[2, 3]。
随着锂离子电池的研究及应用,人们对隔膜和电解液的要求也越来越高。
目前商业化锂离子电池存在着隔膜对电解液亲和性差,以及液态电解液泄漏爆炸等安全隐患。
因此,增强隔膜和电解液的亲和性是目前研究的热点之一。
而聚合物电解质实现了隔膜与电解质一体化,很好的避免了这一问题的发生,同时聚合物电解质可塑性强,便于电池形状设计及装配。
可适应电子产品微型化、薄型化、轻型化的发展要求[4-7]。
1 聚合物电解质的初期发展及性能要求1973年,Wright 等[8]发表了聚氧乙烯(PEO)- KSCN 复合物导电性的研究结果,标志着人们对聚合物电解质研究的开始。
聚合物电解质在电池中的应用研究
聚合物电解质在电池中的应用研究随着科技的发展和应用领域的不断扩大,电池已经成为我们生活中必不可少的设备。
无论是便携式电子设备还是新能源汽车,电池都是其不可或缺的能量支撑。
因此,电池的研究和开发,关系到人们生活的质量和未来的发展方向。
而聚合物电解质作为一种新型电解质材料,正在逐渐发挥其应用价值,在电池中的应用研究受到越来越多的关注。
一、聚合物电解质的基本概念聚合物电解质是一种高分子化合物,可用于制备非常规型电池电解液和固态电解质。
相对于传统的液态电解质,聚合物电解质有很多优点。
首先,其高分子结构使得它具有高的机械强度和稳定性,能够有效地固化在电池中,减小液体电解液存在的泄漏、挥发及燃爆等问题。
其次,聚合物电解质含有的大量孔隙结构,有助于锂离子或其他离子的输运和扩散。
最后,聚合物电解质的化学稳定性和热稳定性非常高,不易对电极材料和电化学性能产生影响,同时可以降低电池的过冲和过放现象。
二、聚合物电解质在锂离子电池中的应用锂离子电池作为目前市场上最为常见的一种器件,其电解液主要是有机浓缩液或混合溶液。
但是,在实际应用中,有机电解液存在着诸多问题,例如燃点低、揮发性大、泄漏等,同时其与锂盐的配合也十分严格。
因此,聚合物电解质作为一种新型电解质材料,被广泛地用于锂离子电池中。
聚合物电解质可以用于制备锂离子电池的压敏型、钵状型、微电池模块和防火型等多种类型。
其中,钵状型电池具有更高的能量密度和较大的扁平形状,适用于各种便携电子设备。
而压敏型电池则主要用于各种传感器、计步器等小型电子器件。
三、聚合物电解质在固态电池中的应用与传统的液态电解质相比,固态电池具有无溶液和无泄漏的优势。
因此其应用场景更为广泛,并且具有更高的储能密度和更长的使用寿命。
而聚合物电解质作为一种适合制备固态电解质的材料,受到了越来越多的关注。
聚合物电解质可以制备出具有高离子导电率和良好机械强度的固态电池。
其中,PVDF-HFP聚合物为制备固态电解质的常用材料之一。
锂离子电池电解液的研究
锂离子电池电解液的研究锂离子电池已经广泛应用于电子设备和电动汽车等领域,而电解液作为锂离子电池的重要组成部分,对其性能有着重要影响。
因此,实现电解液的高性能和高稳定性是当前锂离子电池研究的热点之一。
首先,我们来了解一下电解液的基本概念。
电解液是锂离子电池中的一种溶液,主要作用是提供锂离子的传输路径和介质。
同时,电解液还需要具备良好的稳定性、导电性和可溶性等特性。
在锂离子电池中,常用的电解液有有机电解液和固态电解液两种。
有机电解液是传统锂离子电池所采用的电解液,由含有锂盐的有机溶剂和添加剂组成。
有机电解液具有传输性能好、充放电效率高等优点,但其缺点是较低的热稳定性和较大的燃烧风险。
因此,为了提高有机电解液的安全性能,研究者一直在寻求新型的锂离子电池电解液。
固态电解液是近年来发展起来的新型电解液,一般是由无机材料制备而成,具有高离子传输率、良好的热稳定性和抗燃性等特点。
固态电解液的研究是改善锂离子电池安全性和循环寿命的重要途径之一。
然而,固态电解液的制备工艺相对复杂,制备成本较高,仍然面临一些挑战,如离子传输速率较慢、机械性能不足等问题。
为了克服锂离子电池电解液的不足,研究者们采取了多种策略进行改进。
首先,他们通过优化有机溶剂的选择和比例,以提高有机电解液的热稳定性和安全性。
其次,研究者通过添加抑制剂和阻燃剂等添加剂来提高电解液的阻燃性能和安全性能。
此外,他们还在固态电解液的制备方法、无机材料的选择和材料界面的优化等方面进行了深入研究。
另外一个关键问题是电解液对锂离子电池性能的影响。
电解液的性能直接影响着锂离子电池的电化学性能和循环寿命。
因此,研究者们还在电解液中添加添加剂和功能化材料,以增强锂离子电池的性能。
例如,添加锂盐的浓度和类型、添加功能性固体电解质和纳米材料等。
这些添加剂可以增强电解液的稳定性、改善溶液界面、提高电池的循环寿命和快速充电性能等。
总体来说,锂离子电池电解液的研究是实现高性能和高稳定性锂离子电池的关键之一。
锂离子电池用电解液材料
锂离子电池用电解液材料锂离子电池作为一种高效、环保、可重复利用的电池,具有广泛的应用前景。
其中电解液是锂离子电池中的重要组成部分,它能够提供锂离子的传递通道,从而实现电池的正常工作。
因此,电解液材料的选择和研究对锂离子电池的性能和使用寿命至关重要。
电解液材料的种类锂离子电池的电解液材料主要包括有机电解液和无机电解液两种。
有机电解液是指含有碳氢化合物的电解液,如碳酸酯、磷酸酯、酰胺等,它们具有高的离子传导性、良好的稳定性和低的电阻率等优点。
无机电解液则是指不含碳氢化合物的电解液,如氢氟酸盐、硫酸盐、氯化物等,它们具有高的离子传导性、抗氧化性和良好的化学稳定性等优点。
电解液材料的性能电解液材料的性能是影响锂离子电池性能的重要因素之一。
首先,电解液材料的离子传导性能决定了电池的充放电速率和效率。
其次,电解液材料的化学稳定性和抗氧化性对电池的寿命和安全性具有重要影响。
此外,电解液材料的电阻率、粘度、密度等物理性质也是影响电池性能的重要因素。
电解液材料的研究进展随着锂离子电池技术的发展,电解液材料的研究也越来越受到关注。
有机电解液的研究重点在于提高其离子传导性和化学稳定性,同时降低其挥发性和燃爆性。
无机电解液的研究则主要集中在提高其离子传导性和抗氧化性。
此外,还有一些新型电解液材料被提出,如聚合物电解质、离子液体电解质等,它们具有更高的离子传导性和更好的化学稳定性。
总结电解液材料是锂离子电池中至关重要的组成部分,其性能直接影响电池的性能和使用寿命。
目前,有机电解液和无机电解液是主流的电解液材料,但新型电解液材料的研究也在不断推进。
未来,随着锂离子电池技术的不断发展,电解液材料的研究将成为锂离子电池领域的热点和难点之一。
聚合物电解质在锂离子电池中的应用
聚合物电解质在锂离子电池中的应用锂离子电池作为一种可充电电池,逐渐被应用于移动通信设备、电动汽车等领域。
在锂离子电池中,电解液是一个至关重要的部分,因为它提供了离子流通的通道。
传统电解质是有机物,但是有机物电解质往往具有燃烧性、挥发性等缺陷,而且存在安全隐患。
为了解决这些问题,聚合物电解质被提出并应用于锂离子电池中,它的优异性质使得其成为一种非常有前途的电解质材料。
一、聚合物电解质的特点聚合物电解质是一种由高分子聚合物构成的电解质,其最大的优点就是安全性高。
传统有机物电解质极易导致电池的短路、爆炸等事故,而聚合物电解质不易燃、不挥发,可以有效降低电池发生意外的概率。
此外,聚合物电解质对锂离子的导电性能也非常好,可以使锂离子在正、负极之间更快速地传递,从而提高了电池的效率。
另外,聚合物电解质的化学稳定性强,具有长寿命、高温稳定性等特点。
二、聚合物电解质的制备方法聚合物电解质的制备方法主要有两种,分别是溶液浸渍法和固相聚合法。
溶液浸渍法是先将聚合物溶解在特定的溶剂中,然后再将其浸渍到纳米级导电剂或纳米孔壳中。
这样一来,纳米级导电剂便成为了聚合物电解质的导电通道。
固相聚合法是将聚合物单体固体化,然后使用高温等条件,使单体分子之间发生反应,形成聚合物。
这种方法比较适用于制备高分子电解质薄膜。
聚合物电解质的制备方法比较简单,可以通过选择合适的单体、溶剂等材料来控制聚合物的结构和性能。
三、聚合物电解质在锂离子电池中的应用聚合物电解质在锂离子电池中的应用主要是指高分子固态电解质薄膜的应用。
由于聚合物电解质具有较好的导电性和化学稳定性等特点,因此用于制备锂离子电池的薄膜电解质,可以大大提高电池的安全性和耐用性。
聚合物电解质可以应用于锂离子电池的各个部分,例如负极、正极和电解液部分等。
其中,聚合物电解质在负极的应用比较广泛,主要是在石墨负极和硅负极中应用。
关于聚合物电解质在锂离子电池中的应用还有许多研究问题,例如聚合物电解质的质量检测、制备过程的优化等。
锂离子电池聚合物电解质的制备及性能研究
锂离子电池聚合物电解质的制备及性能研究
聚合物锂离子电池代表锂离子电池的最高水平,其中,提高聚合物锂离子电池性能的关键在于研制具有良好性能的聚合物电解质基体材料。
可降解的PPC 聚合物单元中有一羰基和少量醚键,与碳酸酯类电解液有很好的相互作用。
本文以DCP 为交联剂,对聚碳酸亚丙酯马来酸酐(PPCMA )进行交联反应,得到PPCMA 聚合物电解质干膜,再浸渍电解液进行活化,制备了性能优良的PPCMA 凝胶聚合物电解质。
研究发现随着交联剂DCP 用量的增多,PPCMA 聚合物电解质的玻璃化转变温度升高,热稳定性增强,吸液率和溶胀率降低,离子电导率先增加后减小。
如图1,当DCP 用量为1.2%时,离子电导率达到最大值((8.43×10-3 S ·cm-1(25℃)、1.42×10-2 S ·cm-1(50℃))。
Li/PPCMA GPE/ LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2聚合物锂离子电池在2.8-4.3V 、0.1C 下,25℃时的首次放电比容量为115.3 mAh/g 。
(见图2)
I o n i c c o n d u c t i v i t y /S m
-1
DCP/%
V o l t a g e / V
Capacity/ (mAh/g)
图1 DCP 用量对PPCMA 聚合 图2 Li/ PPCMA GPE/ LiNi 1/3Co 1/3Mn 1/3O 2 物电解质离子电导率的影响(25℃) 聚合物锂离子电池的首次充放电曲线。
锂电池有机-无机复合固态电解质研究进展
第49卷第9期2021年5月广州化工Guangzhou Chemical IndustryVol.49No.9May.2021锂电池有机-无机复合固态电解质研究进展保克畔(上海理工大学材料科学与工程学院,上海200093)摘要:有机-无机复合固态电解质是锂离子电池材料的研究热点,由于其兼有聚合物与无机电解质的优点而有望成为下一代全固态锂离子电池的重要组成部分。
在这篇综述中,以不同种类的无机填料为依据,总结了常见的复合电解质研究形式,对其最新进展进行了综述。
从工作的新颖性、性能提升和实用性等方面考察,对最新研究的不同种类无机填料对复合电解质性能的影响做了分析。
关键词:聚合物;无机填料;复合电解质;固态电池;离子电导率中图分类号:TM912文献标志码:A文章编号:1001-9677(2021)09-0028-03 Research Progress on Organic-inorganic Composite SolidElectrolyte for Lithium BatteriesBAO Ke-pan(School of Materials Science and Engineering,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai200093,China)Abstract:Organic-inorganic composite solid electrolytes are expected to become an important part of all solid-state lithium-ion batteries due to their advantages of both polymer and inorganic electrolytes.The common research forms of composite electrolytes were summarized based on different types of inorganic fillers,and their latest developments were reviewed.The effects of different types of inorganic fillers in the composite system were evaluated from the aspects of novelty,performance improvement and practicability of the work.Key words:polymer;inorganic filler;composite electrolyte;solid-state battery;ionic conductivity目前成熟的商用锂离子电池使用的是有机电解液,虽然可以得到高电导率和良好的界面接触,但电解液易泄露和燃烧、分解等安全问题无法保证避免。
锂电池的研究进展
锂电池的研究进展摘要:锂离子电池由于比能量高和使用寿命长,已成为便携式电子产品的主要电源。
尖晶石LiMn2O4正极材料在不同混合溶剂的电解质溶液的电化学性能。
用循环伏安法和交流阻抗技术研究了Li/有机电解液/LiMn2O4电池的电化学行为,综述了锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备、结构及其电化学性能。
采用溶胶-凝胶法和旋转涂布工艺,在较低的退火温度(450e)下制备了尖晶石型LiMn2O4薄膜。
关键词:正极材料; 电化学性能 ;薄膜1前言作为锂离子电池电解质溶液的主体成分,溶剂的组成和性质影响和决定着LiMn2O4正极材料的宏观电化学性能。
电解质溶液的电导率大小、电解质溶液在电极表面的氧化电位以及电解质溶液对电极材料活性物质的溶解性都在不同程度上直接影响LiMn2O4电极材料的容量、寿命、自放电性能和倍率充放电性能[。
近年来,寻找合适的电解质溶液组分,以进一步改善和提高LiMn2O4正极材料的电化学性能正在引起人们越来越广泛的关注。
系统地研究溶剂组成对LiMn2O4正极材料电化学性能的影响,探讨影响LiMn2O4正极材料电化学性能电解质溶液因素,进一步明确新型电解质溶液体系的优化目标,将为LiMn2O4正极材料在锂离子电池工业中的广泛应用奠定基础。
本文使用恒电流充放电和粉末微电极的循环伏安方法研究了尖晶石LiMn2O4正极材料在不同混合溶剂体系的电解质溶液中的电化学性能。
结合溶剂组分和电解质溶液的理化特性,详细探讨了影响LiMn2O4正极材料电化学性能的溶剂因素及其影响机制。
锂离子电池正极材料的选择是锂离子电池电化学性能的关键。
作为正极材料的嵌锂化合物是锂离子电池中锂的/存库0,它应满足:(1)在所要求的充放电电范围内,具有与电解质溶液的电化学相容性;(2)温和的电极过程动力学;(3)高度的可逆性;(4)全锂化状态下在空气中的稳定性。
目前研究较多的是层状的LiMO2和尖晶石型LiM2O4(M=Co、Ni、Mn、V等过渡金属离子)。
锂离子电池电解质的最新研究进展
2 Ll 锂 盐 . 常 用 的 锂 盐 主 要 是 L P LC( LB 、 i R 、 i iF 、 i 1 ^、 i R L As LB ( Hs C H. ) L B c ) ( F ) L C S 等 无 机 锂 盐 和 ) ( . N 、 i ( 6 a C s 、 iF 0
极 的 相容 性 , 对 锂 离 子 电池 性 能 影 响 很 大 这
1 引 言
锂 离 子 电池 具 有 能 量 大 、 工作 电压 高 、 寿命 、无 环 境 公 害 长
等 特 点 自 1 9 9 0年锂 离子 电池 问世 以来 , 迅速 在 便 携 式 电子 便
设备 、 电动 汽 车 等 众 多 的领 域 展 示 了广 阔 的应 用 前 景 , 锂 离 子 使 电池 的 研 究 和开 发 成 为 世 界 性 的热 潮 随着 电子 技 术 的不 断 发 展 . 型 化 、 量 化 和 高 性 能 的 便 携 式 电 子 电 器产 品 对 电池 性 能 小 轻 提 出 了更高 的 要 求 . 同时 人 们 环 境 意 识 的不 断 增强 , 使 人们 研 促 究 和 开 发性 能 更 好 的新 型 的 绿 色 电 谭锂 离子 电池 。近 几 年 固 态 电解 质 方 面的 研 究 取 得 了 很 大 的 进 展 , 别 是 聚 合 物 作 电极 和 特 电 解 质 材料 的 研 究 和 开 发 尤 为 引 人 注 目 , 且 美 国 等 少 数 国 家 而 已经 开 发 出锂 聚 合 物 电 池 从 液态 电解 质 锂 离 子 电 池 到 固态 聚 合 物 锂 离子 电 池 的 出现 , 疑 是锂 离 子 电 池 发展 中 的一 次 飞 跃 , 无 而 其 中 电解 质 研究 和开 发 的 突破 起 了很 关 键 的作 用 。电解 质 作
锂离子电池电解液及功能添加剂的研究进展
锂离子电池电解液及功能添加剂的研究进展何争珍;杨明明【摘要】From two aspects including the composition of electrolytes and the safety performance, research progress of electrolytes for the Li-ion batteries was introduced. From composition aspect of the electrolytes, organic solvents that have high dielectric constant and can form effective SEI on the graphite electrode surface were found out. At the same time, electrolytes that have good conductivity and stable electrochemical characteristics were also found out. Aiming at the electrolyte functional additives, the key research was to find out suitable additives which can improve safety performance of the Li-ion batteries.%从电解液的组成和功能添加剂两大方面,综合阐述了锂离子电池电解液的研究进展.在电解液组成方面,找到具有高的介电常数和能在石墨类电极表面形成有效SEI的有机溶剂,并且找到具有良好电导率、稳定电化学性能的电解质.而电解液功能添加剂方面,重点研究是找到改善电池安全性能的添加剂.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2011(040)009【总页数】3页(P928-930)【关键词】锂离子电池;电解液;安全性能;添加剂【作者】何争珍;杨明明【作者单位】成都理工大学材料与化学化工学院,四川成都610059;成都理工大学材料与化学化工学院,四川成都610059【正文语种】中文【中图分类】TM911.3锂离子电池电解液及功能添加剂的研究已经成为当今锂离子电池研究的一个焦点。
新能源汽车电池技术的研究进展
新能源汽车电池技术的研究进展随着环境污染和能源短缺问题的日益突出,新能源汽车作为一种清洁、高效的替代品逐渐受到人们的关注和推崇。
而新能源汽车的核心技术之一就是电池技术。
本文将就新能源汽车电池技术的研究进展展开探讨。
一、锂离子电池技术锂离子电池作为当前新能源汽车中最常用的电池技术之一,其具有高能量密度、长寿命及低自放电率的特点,成为了众多车企的首选。
在锂离子电池技术方面,目前主要有三个方向的研究进展:1. 新型正负极材料的应用目前,锂离子电池中的正极材料主要有三种,分别是锰酸锂、钴酸锂和磷酸铁锂。
这些材料在循环稳定性、安全性以及成本方面存在一定的局限性。
因此,研究人员开始寻找替代材料,如锡酸锂、磷酸锰锂和磷酸镁锂等。
这些新型材料具有更高的能量密度和更好的循环寿命,将极大地提升锂离子电池的性能。
2. 电解质的改进电解质对锂离子电池的性能和安全性至关重要。
传统的电解质常使用有机电解液,但其存在着易燃、挥发性大的缺点。
因此,研究人员开始进行无机电解质和聚合物电解质的研究。
这些新型电解质具有更高的热稳定性和更低的导电阻抗,将有效提高锂离子电池的安全性和循环寿命。
3. 结构和工艺的优化锂离子电池的结构和工艺对电池的循环寿命和安全性也起到重要作用。
目前,研究人员主要集中在三个方面的优化上:一是锂离子电池的包装工艺,以提高电池的密封性和循环寿命;二是电池的电解液配方,以提高电池的导电性和稳定性;三是电池的电极结构设计,以提高电池的能量密度和循环寿命。
二、钠离子电池技术除了锂离子电池外,钠离子电池也是一种备受关注的新能源汽车电池技术。
与锂离子电池相比,钠离子电池具有更丰富的资源和更低的成本,被认为是锂离子电池的潜在替代品。
钠离子电池技术的研究进展主要集中在以下两个方面:1. 新型正极材料的开发钠离子电池的正极材料是其性能的关键所在。
目前,研究人员主要使用二氧化锰、三氧化铁等材料作为钠离子电池的正极材料。
然而,由于这些材料存在容量衰减和循环寿命较短的问题,研究人员开始寻找新型正极材料,如钠离子钛酸盐和钠离子磷酸铁等。
锂离子电池非水有机电解液研究现状与进展
锂离子电池非水有机电解液研究现状与进展摘要:分析了锂离子电池的非水有机电解液与电极的相互作用原理;综述了近几年有机电解液的导电锂盐、有机溶剂和添加剂几个方面的研究进展。
关键词:锂离子电池; 有机电解液; 锂盐; 有机溶剂; 添加剂电解液的研究开发对锂离子二次电池的性能和发展非常重要。
电解液必须满足一些特定的性能要求, 如:①较高的离子导电性, 一般温度范围内电导率要达到1×10 -3 S/ cm 左右;②良好的化学稳定性, 与活性物质不起反应;③有机溶剂的分解电压要高 , 以减少自放电和电池内部的气体压力;④具有较宽的稳定温度范围;⑤使用安全、无污染、价格低等。
电解液目前主要存在以下几个突出的问题:①与正负极的相容性;②随电压升高, 电解质溶液分解产生气体, 使内压增大, 导致对电池灾难性的破坏以及升高电池工作温度时溶剂的抗氧化能力较低。
本文将试图分析电解液与电极的作用原理以及从导电锂盐、溶剂和添加剂 3 个方面来综述锂离子电池电解液的研究进展与现状。
1 电解液与电极的作用研究有机电解液与电极的相互作用机理, 是改善锂离子电池性能的重要途径。
现在人们普遍认为在锂离子电池首次充放电过程中作为锂离子电池的极性非质子溶剂不可避免地都要在电极与电解液界面上反应, 形成覆盖在电极表面上的钝化薄膜, 称为电子绝缘膜或固体电解质相界面膜即 SEI 膜。
据报道 [ 1-3] 得知:钝化膜由 Li 2 O、LiF、LiCl、Li 2 CO 3 、LiCO 2 -R、醇盐和非导电聚合物组成, 是多层结构, 靠近电解液的一面是多孔的,靠近的电极的一面是致密的。
SEI 膜的形成一方面消耗了电池中有限的锂离子, 造成不可逆能量损失, 同时也增加了电极/ 电解液界面的电阻, 造成一定的电压滞后;另一方面优良的 SEI 膜可让 Li+ 自由穿过, 实现嵌入和脱出, 阻止溶剂分子嵌入, 避免电极与电解液作用, 从而提高了锂离子电池的循环寿命。
凝胶聚合物电解质在锂离子电池中的应用研究
凝胶聚合物电解质在锂离子电池中的应用研
究
锂离子电池作为目前最为广泛应用的二次电池,其性能的提升一直是研究领域的重点。
凝胶聚合物电解质作为一种新型电解质材料,因其具有高离子导电性、优良的机械性能和耐化学性能而备受关注。
本文将重点讨论。
首先,凝胶聚合物电解质相比传统液态电解质具有更高的安全性。
由于其固态结构,可以有效抑制电解液泄漏和挥发的问题,大大降低了锂离子电池的安全风险。
同时,凝胶聚合物电解质具有更广泛的电化学稳定性,能够在更宽的温度范围内工作,极大地提高了锂离子电池的循环稳定性和使用寿命。
其次,凝胶聚合物电解质的高离子导电性也是其在锂离子电池中得以广泛应用的重要原因之一。
相比传统的液态电解质,凝胶聚合物电解质的离子传输速率更快,电池的充放电效率更高。
研究表明,采用凝胶聚合物电解质可以大大提高锂离子电池的能量密度和功率密度,进而推动电池技术的发展。
此外,凝胶聚合物电解质还可以通过调控其物理化学性质来实现对电池性能的进一步优化。
例如,可以通过改变凝胶聚合物电解质的组成配比、结构设计等方法来提高电解质与电极材料的相容性,进而减少电池的界面阻抗,提高电池的循环稳定性和电化学性能。
让我们总结一下本文的重点,我们可以发现,凝胶聚合物电解质作为一种新型电解质材料,在锂离子电池中具有广阔的应用前景。
随着相关研究的不断深入,相信凝胶聚合物电解质将会在未来的能源储存领域发挥越来越重要的作用,为电池技术的进步和智能化应用提供强有力的支持。
锂离子电池电解液的研究进展
锂离子电池电解液的研究进展锂离子电池已经成为了现代信息技术和电力工具的主要能量来源。
它具有高能密度、长寿命、低自放电等优点。
而锂离子电池电解液则是锂离子电池的重要组成部分,直接关系到锂离子电池的性能和安全稳定性。
本文将介绍锂离子电池电解液的研究进展。
一、锂离子电池电解液的组成锂离子电池电解液是由正极、负极、隔膜和电解液四个部分组成。
其中,电解液是锂离子电池中最为重要的组成部分。
电解液常见的组成包括有机溶剂和锂盐。
有机溶剂的种类包括碳酸酯、丙烯腈和碳酸二甲酯等,而锂盐则常见的有LiPF6、LiBF4、LiClO4等。
二、锂离子电池电解液的性能锂离子电池电解液的物化性质直接关系到锂离子电池的性能。
例如,电池的电势窗口、功率密度、循环寿命和安全稳定性等。
其中,锂离子电池电解液的导电率、溶解性和化学稳定性等是电解液的重要性能指标。
1. 导电率电解液的导电率决定了离子在电解液中的迁移速率,进而影响了电池的输出功率和放电速率。
常见的电解液有机溶剂的导电率较低,难以满足高功率的需求。
无机固体电解质依靠离子在固体中的迁移,因此具有优秀的导电性能。
但其不足之处是其它性能指标较差。
2. 溶解性锂离子电池电解液的溶解性主要影响锂盐在电解液中的溶解度和电池的充放电往返效率。
此外,电解液溶解性还影响到电池蓄电池容量和高倍速循环寿命。
3. 化学稳定性锂离子电池电解液的化学稳定性主要关系到电池的安全性。
当电解液的化学稳定性发生改变时,可能导致电解液分解或反应产生危险气体,从而引发电池内部的短路、爆炸或火灾等风险。
因此,常见的电解液往往在化学稳定性设计时需要兼顾其他性能指标,例如,电解液的电池非挥发性。
三、锂离子电池电解液的研究进展随着锂离子电池技术不断发展,人们对电池的高功率高能量密度、长寿命和高安全性等指标的要求也越来越高。
为此,锂离子电池电解液的研究一直是锂离子电池技术发展的重要研究领域。
1. 有机溶剂电解质有机溶剂电解质是锂离子电池典型的电解液类型。
锂离子电池凝胶聚合物电解质的研究进展
锂离子电池凝胶聚合物电解质的研究进展工作电压高、能量密度高、循环寿命长、重量轻、体积小、无毒、无污染等优点,在笔记本电脑、移动等便携式电子产品以及电动交通工具以及航天航空、医学等领域得到了广泛的开发与应用[1-3],目前,由于科技的迅猛开展,人们对环境保意识逐渐增强,对电子设备的性能要求提高,促使人们致力于研发更高性能的绿色电池。
电解质作为锂离子电池的重要组成局部,作为研究的主要对象之一进入人们的视角,作为连接正负极的桥梁,其性能的好坏在很大程度上影响整体电池的性能。
因此,凝胶聚合物电解质〔GPE〕[4-5]是聚合物锂离子电池的重要研究对象,具有较好的机械性与导电性,被人们广泛研究。
1 凝胶聚合物电解概述凝胶是高分子聚合物在受低分子溶胀之后形成了的网状构造,即为溶剂溶解在聚合物基体中。
溶胀以后的聚合物溶液凝胶而形成了凝胶聚合物,从而不再具备流动性。
因此凝胶即不属于固态,也不属于液态,它的性能同样介于固态和液态之间,因为它的特殊结构,凝胶聚合物同时具有了液体的扩散传导能力和固体的内聚性质,具备了二者的优势。
凝胶型聚合物电解质能够到达较高的电导率,表1列出了几种典型的凝胶聚合物电解质的电导率[6-8]。
2 凝胶聚合物基体21 PEO基凝胶聚合物电解质PEO是目前研究最早也是研究最多的聚合物电解质的基材,其自身具备较为规整的结构,较稳定的正负极界面性能,而PEO材料容易结晶,会使基体的锂离子迁移能力降低,从而使电导率较低,保持在10-8~10-4 S/cm,当玻璃化转变温度到达60 ℃时,它可以到达理想的电导率。
PEO可以局部溶解在EC或PC中,但所制备的GPE的机械性能较差,所以要制备出较高性能的GPE需要对PEO进行改性,多项结果说明,在PEO聚合物中参加增塑剂可以显著地提高GPE的离子导电率,降低PEO的结晶度的同时促进PEO分子链的链段运动,加速锂盐的溶解与解离,提高体系内的载流子数量,随着增塑剂的添加,降低了PEO的机械强度,失去了其固有的优势,而这点也是需要后续研发改良之处[9]。
新型固态聚合物电解质的制备及其在锂电池中的应用研究共3篇
新型固态聚合物电解质的制备及其在锂电池中的应用研究共3篇新型固态聚合物电解质的制备及其在锂电池中的应用研究1新型固态聚合物电解质的制备及其在锂电池中的应用研究随着人们对新能源的需求不断增加,锂离子电池作为一种高性能的电池正变得越来越重要。
目前,在锂离子电池中使用的电解液主要是有机溶剂,这种体系具有良好的导电性和电化学稳定性,但由于其易燃、易挥发等缺陷,存在一定的安全隐患。
因此,开发一种新型的,能够保证锂离子迁移,同时又具有良好的安全性的电解质是非常重要的。
固态聚合物电解质是一种新型电解质,具有高离子传导率、良好的机械性能和化学稳定性等优点,被认为是一种有潜力的锂离子电池电解质。
固态聚合物电解质是一种将离子导电聚合物嵌入高分子网络中的固态物质。
该电解质主要由聚合物基体和盐基固态电解质组成,其中聚合物基体为主要的支撑材料,可使电解质具有良好的力学性能和耐久性。
盐基固态电解质则是电解质的核心,它的电导率决定了电解质的性能。
目前,盐基固态电解质的种类较多,主要包括锂盐、钠盐、银盐等。
其中最常用的锂盐电解质包括LiTFSI、LiClO4、LiPF6等,并且随着技术的进步,新型盐基固态电解质不断涌现,如Li3PS4等。
制备固态聚合物电解质的方法主要包括熔融浸渍法、溶液浸渍法、界面聚合法等。
其中,熔融浸渍法是最为常用的方法之一,其主要过程为:首先将聚合物基体预先制备好,并加热至熔化状态;随后在高温下将盐基固态电解质浸渍到聚合物基体中,使其浸透至整个基体内部;最后对其进行冷却烘干,制备完成的样品即为固态聚合物电解质。
其他的方法则是根据不同的物质选用不同的制备方法,但基本流程是相似的。
值得一提的是,固态聚合物电解质的制备过程中需要控制其离子导电和机械强度的平衡,以达到最佳的电化学性能。
固态聚合物电解质具有重要的应用前景,可以应用于多种类型的锂离子电池中,如电动汽车、智能手机、笔记本电脑等。
此外,固态聚合物电解质还可以与非金属锂负极材料、硅负极材料、碳负极材料等配合使用,以实现更高的电化学性能。
锂离子电池聚合物电解质的合成及性能研究
材料和方法
实验中所使用的材料包括聚合物载体、锂盐、添加剂等。这些材料的选择对 于最终制备的聚合物电解质性能有着重要影响。制备过程中所使用的设备包括搅 拌器、烘箱、压膜机、电导率计等。
制备聚合物电解质
首先,将聚合物载体与锂盐按照一定的配比混合,并加入适量的溶剂和添加 剂。然后,将混合物搅拌均匀,加热至一定温度,使溶剂充分挥发。最后,将混 合物冷却至室温,经过滤、洗涤、干燥等步骤,得到最终的聚合物电解质。
研究方法
本次演示采用乳液聚合方法制备聚合物电解质,通过调节单体浓度、引发剂 种类和浓度、乳化剂种类和浓度等参数,优化制备工艺。采用扫描电子显微镜、 万能材料试验机、电化学工作站等手段对聚合物电解质的形貌、机械性能、电化 学性能进行表征。
实验结果与分析
通过优化制备工艺,得到了具有良好物理性能的聚合物电解质。结果表明, 该聚合物电解质具有较高的离子电导率(可达10^-3 S/cm以上),优良的机械性 能(拉伸强度在50 MPa以上,断裂伸长率在100%以上)和化学稳定性。与液态电 解质相比,该聚合物电解质具有更高的安全性和可塑性,有望提高锂离子电池的 安全性能和稳定性。
此外,我们还发现聚合物电解质的合成工艺对性能有很大影响。例如,缩合 反应中温度和时间的控制对产品的质量和性能至关重要;环化反应中原料的纯度 和反应条件对产品的结构和性能影响显著;交联反应中交联剂的类型和用量对产 品的网络结构和性能具有重要影响。
结论
本次演示对锂离子电池聚合物电解质的合成及性能进行了研究。通过比较不 同合成方法的优缺点,探讨了合成工艺对性能的影响。同时,介绍了测试锂离子 电池聚合物电解素质的方法,并对测试结果进行了分析讨论。结果表明,不同合 成方法得到的聚合物电解质具有各自独特的性能优势,在实际应用中应根据具体 需求进行选择。
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禹筱元:1970年生,女,博士研究生1kl:0731+8830474,E—rmil:yxy7021@mail.csu.edu.cn
万方数据
——————一——————~——————————————————————————————————— 妊离子电池用有机电解液和聚合物电解质的研究进展/禹筱元等
‘59‘
添加剂的研究与开发是锂离子电池电解洼的一个研究热 点,也是它将来的一个发展方向。添加剂因为具有用量小、见效 快的特点,所U能在基本不提高生产成本,不改变生产工艺的情 况下,明显改善锂离子电池的循环性能。
(1)改善电极SEI膜的形成和化学组成的添加剂 锂离子电池在首次充/放电过程中不可避免地都要在电极 与电解液界面上反应,形成覆盖在电极表面上的钝化薄膜,称为 sEI膜。钝化膜主要由Lt。O、Llx,Li:co。、LicOj—R、醇盐和非导 电聚合物组成,是多层结构,靠近电解液的一面是多孔的,靠近 电极的一面是致密的。此膜容许锂离子自由穿过,实现嵌入和脱 出,阻止溶剂分子嵌入,避免电极与电解液作用,阻止溶剂被分 解.从而提高r锂离子电池的循环寿命,改善了锂离子电池的安 全性。
这种导电锂盐是由A、B两部分组成的有机阴离子.A指的是从 硼、碳、氯、铝、磷等元素中选择的原子作中心原子;B指的是能 分散电荷、稳定电化学性能的吸电子基团.如Rr、RrO、Rrs0。、 RrsOz,RrcOz或像草酸之类的二齿配位体。根据分子结构可将 目前研究较多的锂盐分为四类:
①含cF。soi的甲基锂盐。M.salomon[43等对比研究了 Lic(cF3s02)3、LicH(cF3s02)2,发现LicH(cRS02)。的电化 学性能比较稳定,但比Li(cFssOz)烈的电化学窗口要窄,
Key words
llthium—lon batterles,o。ganlc electrolytes,polymer electrolytes,ionIc conductlvl‘y
随着交通、通讯和信息技术的急剧发展,电动汽车、移动电 话和笔记本电脑等深入人们的生活,电源的供应必然是一个急 待解决的问题。锂离子二次电池在许多性能上远优于NPcd、 MH~Ni等二次电池,开发具有更高能量密度、小型化与薄型化、 轻量化、高安全性与低成本的锂离子电池,更是当前研究与开发 的焦点.
离和锂离r与溶剂分子的分离,提高电解液的电导率。shu
和研究了一系列环状和链状砜(RsO:R’)的新型溶剂体系.发现 其稳定电化学窗口达5.5v,砜中的氟代烃有助于sEI膜的形 成,可提高电导率。
s Herr8yre[1”等最近研究了乙酸乙酯(MA)、丁酸甲酯 (MB)这两种新的电解液溶剂,证实了它们在一40。c还具有较
③有机硼酸锂盐。J.Barthelp“j等合成研究了一系列整台硼 酸锂盐.如“[B(O。c-oHe)]、Li[B(ceH…ROz)]等都含有较大 的阴离子,表现出较大的溶解性及较高的电化学稳定性,在 DME中,室温电导率达10_2s/cm。
④有机磷酸锂盐。M.schmidt[“等合成了一种可用作锂离 子电池电解}葭的有机磷酸锂盐LiFAP,该锂盐具有较好的抗氧 化分解性能。
关键词 锂离子电池有机电解液聚台物电解质研究进展了?Ⅵ日¨ 再
Research Progress in organic and Polymer Electrolytes for Li—Ion Batte“es
YU Xiaoyuanl'2 LIU Yexian91 HU Guoron91
(1 Coll89e of Metallu’gy Sclence and Engineenng,Central South UnIVersity,Ch8“gsha 410083; 2 Coll89e of Chemlst。y and Chemlcal Engineeri“g,Cen”al South Umverslty,Ch8ngsha 410083)
(3)改善电池安全性的添加荆 在电池中添加一些高沸点,高闪点和阻燃的溶剂可改善电 池的安全性。三洋公司与uBE公司研究的添加剂二苯基碳酸酯 和二苯酚二芳族醚,这种复合物含有三元氢原于(如环乙基苯), 具有电化学活性。在4.5v左右会产生氢气,通过在电解液中添 加这种复合物使电池具有防过充的能力。Kang xu【2”发现氟代 磷酸酯,磷酸烷基醣有阻燃作用,也有人使用三三苯基磷酸酯,三 丁基磷酸酯和环状磷酸酯作为锂离子电池电解液的阻燃荆。
7 BL、MF等。人们对它的衍生物进行了很多研究,如Rod
墨电极的电化学行为进行了研究,发现掭加csH。cOa大大减少
McMillan【101等对比研究了氟代和非氟代碳酸乙烯酯的电化学
了首次嵌锂时Pc的分解。美国Lawrence Berkeley国家实验室
性能,发现碳酸氟乙烯酯具有较好的低温性能。加拿大环境及技
(2)提高电解液电导率的添加剂
T)Es具有较低的牯度,有些性能可以与碳酸酯类的Ec、Pc、
冠醚和穴状化合物能与锂离子形成包覆式螫合物,从而能
DMc郓DEc相对比.DMs或DEs与Ec的混合溶剂表现出了
够提高锂盐在有机溶剂中的溶解度,实现阴阳离子对的有效分
较好的导电性和低温性能。美国的c.Austen A“gell””等合成
———一————一 .58.
材料导报
2003年5月第1 7卷第5期
锂离子电池用有机电解液和聚合物电解质的研究进展
禹筱元m刘业翔1 胡国荣1
(1 中南大学冶金科学与工程学院.长沙410083;2 中南大学化学化工学院-长沙410083)
摘要 从导电钽盐、有机溶剂和添加剞三个方面详妇综连了娌离子电池用有机电解液的研宄进展。同时针对聚 合物电解质的组成、结构和性能的差异,将其分为四类,阐递了它们的优龈点厦其在证离子电池中的应用与研览进展。 重后展望了电解质的发展前景。
1液态电解液
1.1导电锂盐 锂离子电池电解液现常用的锂盐有Licl0。,LiAsR、
uBn、“PR。在商业化电解灌中的导电锂盐仍然是“Pn,吉 有LiPF‘的有机电解液显示出良好的电导率、稳定的电化学性 能,但其价格较贵,且P—F键易水解断裂使其抗热和抗水解性 能不够理想。
目前对锂盐的研究一方面是对LiPR进行改性,如Fusajt Klta。1等对比研究了一系列LiPR一。(cFa)。。另一方面是寻找能 替代LiPF e的性能更好的新型有机导电锂盐.研ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的思路在于
电解质在锂离子电池的正、负极之间起着棺送“+的作用, 电解液与电极的相容性直接影响电池的性能,电解液的研究开 发对锂离子二次电池的性能和发展非常重要口1]。在实用上电解 液必须满足一些特定的性能要求.如应有较高的导电性;有机溶 剂的分解电压要高f具有较宽的稳定温度范围;与活性物质不起 反应;使用安全无污染等。锂离子电池电解质主要分为液态电解 液、固态或胶态聚合韧电解质和熔融盐电解质.近年来的研究着 重于前两者。
但聚合物电解质还面临一些问题,如室温电导率较低,机械 强度较差。一般认为聚合物电解质是由有机聚台物基体和无机 盐组成。聚合物电解质的导电机理是迁移离子首先与高分子链 上的基团配位,在电场作用下,随着高分子的热运动,迁移离子 与配位基团发生配位和解配位过程,实现离子的迁移.由此可 见,聚合物电解质的电导率与金属离子的浓度及其运动有关,大 多数离子的移动与聚合物电解质中的基体聚合物局部链段的松 弛运动相适用.体系的介电常数和链段的松弛运动是决定其导 电能力的重要因素。
据sony公司口”的专利报道,在锂离子电池非水电解液中 加入微量荤甲醚或其卤代衍生物,能够改善电池的循环性能.减 少电池的不可逆容量损失。并用F1、IR谱仪对循环后石墨电极 片进行表面分析,提出了苯甲醚影响电池循环性能的机理:苯甲 醚与溶剂Ec、DEc的还原分解产物Rocot Li发生类似于酯交
聚合物锂离子电池具有可薄形化、可任意面积化与可任意 形状化的特点,更重要的是,由于采用高分子聚合物材料作电解 质,不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的顾虑。因而聚合物电解 质代替液体电解质是锂离子电池研究的重大进步。
ture and propernes of p01ymer electrolytes,th。y can be classified into four klnd8.Their advant898s and disadvant89es
and印plicatbns are disc啪ed.The deveIopment trend of e【ectrolyt…s also analyzed·
对电极破坏很大,据日本一专利””介绍,向电解液中加入1斯~ 5%的乙酰胺或其衍生物乙酰甲胺、乙酰乙胺,能显著改善电池 的循环性能。
H.s LeeⅡ”合成了一系列的氟化硼酸盐作为添加剂; s.s.zhan一“1将TPFPB加入到LiPR基电解液中,提高了该电 解液的电化学稳定性.Stux Aronld MⅡo将锂或钙的碳酸盐加 入到电解液中,它们将与电解液中痕量的HF发生反应,阻止其 对电极的破坏和对LiPF。分解的催化作用,提高电解液的稳定 性。
Abstract
In thl8 paper,pr097ess in research on o‘98nic 11quld electrol”es used in 1lthlum—lon batterIes tsuch
as∞nducn“g lhhium salt,orga眦∞lvent and addidves,ls reviewed·In addinon,acc。rdirLg to the composmon,struc—
②含cF3sOi的亚胺锂盐或次胺锂盐。Masa¥hi Ishikawa口] 根据交流阻抗分析,Li(cF;soz)tN电液体系,在阳极充电时,阳 极表面生成了均匀的钝化膜,具有良好的阳极性能,但是在锂离 于电池正常使用电位时,对铝电极表面钝化很差,易腐蚀铝.因 此这类锂盐不能用于以铝作阴极集流器的锂离子电池。Fusaji Klta¨3等报道(Rfsoz)(Ⅳfs02)Nli和((cF§)2cHosO z)2NLl具 有高电导率,并指出使用LiN(c。FssOz)}和LiN(c。F。sO:) (cF。sO:)等具有长氟烷基的次胺锂作溶质,在铝电极上的电位 分别到4.5V和4 8V也不溶解铝,给出良好的循环性能。