鋰電池商品化帶來的聚合物電解質(zhì)研究熱潮

　　鋰電池商品化的液體電解質(zhì)中無一例外是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。

　　聚合物電解質(zhì)的定義為：含有聚合物材料且能發(fā)生離子遷移的電解質(zhì)。對于鋰聚合物電池來說，凝膠聚合物電解質(zhì)介于液體電解質(zhì)和固體電解質(zhì)之間，也屬于聚合物電解質(zhì)。本文講述的聚合物電解質(zhì)是通常的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)或干型聚合物電解質(zhì)(dry polymer electrolyte)。也包括熔融鹽聚合物電解質(zhì)。

　　聚合物電解質(zhì)的研究起源于1973年，當(dāng)時報道了聚氧化乙烯(PEO)-堿金屬鹽復(fù)合物具有高的離子導(dǎo)電性。此后，聚合物電解質(zhì)得到了人們的重視。1978年，法國的Armand博士預(yù)言這類材料可以用于儲能鋰電池的電解質(zhì)，提出電池用固體電解質(zhì)的設(shè)想。20多年來，人們在固態(tài)聚合物電解質(zhì)的理論研究及應(yīng)用方面都取得了很大進(jìn)展，制備、合成了多種不同基體的固體電解質(zhì)。

　　采用聚合物電解質(zhì)組裝的鋰離子電池可以解決液體電解質(zhì)易發(fā)生電解液泄漏和漏電電流大的問題，且易于小型化。并且聚合物材料的可塑性強(qiáng)，可以制成大面積的超薄薄膜，保證與電極之間具有充分接觸?？梢愿鶕?jù)不同場合的需要，做成圓柱形、方形等各種形狀，在電池內(nèi)部的聚合物電解質(zhì)層可以多層并聯(lián)，也可以做成“Z”形。同時還顯示一些優(yōu)越的性能，例如柔順性極大地改善了電極在充放電過程中對壓力的承受力，降低與電極反應(yīng)的活性，避免了高溫熔鹽電解質(zhì)由于高溢操作而引起的腐蝕及熱能消耗，提高安全性能，因此在液體鋰電池商品化之后。聚合物電解質(zhì)的發(fā)展得到了明顯推動。

　　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，凝固點低、沸點高，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個數(shù)量級），對痕量水特別敏感，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)。

　　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，可以克服液態(tài)鋰離子電池的上述缺點，允許電極材料放電過程中的體積變化，比液體電解質(zhì)史耐沖擊、振動和變形，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，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。

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