在鋰離子電池中,電解液和電解質(zhì)一樣嗎?
電解液是制作鋰離子電池四大關(guān)鍵材料之一,因此也被人們稱為鋰離子電池的“血液”,它的作用是在電池中正負(fù)極之間傳導(dǎo)電子,也是鋰離子電池獲得高壓高比能等優(yōu)點(diǎn)的重要保證。電解質(zhì)和電解液不一樣,應(yīng)該說電解液包含電解質(zhì),電解質(zhì)是固態(tài),一般指的是離子狀態(tài)的物質(zhì),但是功能是一樣的,就是具有導(dǎo)電的功能。
在鋰離子電池中,電解液和電解質(zhì)一樣嗎?
電解質(zhì)和電解液是鋰離子電池的重要組成部分,在正、負(fù)極之間起到輸送離子和傳導(dǎo)電流的作用,選擇合適的電解質(zhì)是獲得高能量密度和功率密度、長循環(huán)壽命和安全性能良好的鋰離子電池的關(guān)鍵。
電解液實(shí)際是一種液體電解質(zhì),如果在電解液中加入單體,聚合后就可以得到固體電解質(zhì),即制得所謂的聚合物電解質(zhì),從而可以制造出全固體聚合物鋰離子電池。一般鋰離子電池采用的電解質(zhì)是有機(jī)液體電解質(zhì),它由有機(jī)溶劑和導(dǎo)電鹽組成。電解液是電解質(zhì)的溶液,是電解質(zhì)溶于水形成的,電解質(zhì)一般是純凈物,而電解液是混合物。
電解液作為鋰離子電池的重要組成部分,在正負(fù)極之間起著輸送離子傳導(dǎo)電流的作用,對電流的性能有很大的影響。電解液作為鋰離子電池中鋰離子的傳遞媒介直接與正負(fù)極材料接觸,選擇合適的電解液也是獲得高能量密度和功率密度、長循環(huán)壽命和安全性良好的鋰離子二次電池的關(guān)鍵。
電池用電解液和電解質(zhì)
1.電池電解液和電解質(zhì)的兩種形態(tài)
①液態(tài)電解液和電解質(zhì)
液態(tài)電解質(zhì),其溶劑為無水有機(jī)物,多數(shù)采用混合溶劑。常見的有機(jī)液體電解質(zhì)一般是1molL鋰鹽/混合碳酸脂溶劑構(gòu)成的體系。作為傳遞電荷與傳質(zhì)過程的介質(zhì),鋰離子電池適用的電解液通常應(yīng)滿足以下幾方面的要求:
A.在較寬的溫度范圍內(nèi)具有較高的電導(dǎo)率,最好達(dá)到(1~2)×10-3S/cm以上,鋰離子遷移數(shù)盡可能高;
B.液態(tài)溫度范圍(液程)寬,至少在-20~80℃范圍內(nèi)為液體;
C.化學(xué)穩(wěn)定性好,與電極活性物質(zhì)(如正、負(fù)極材抖)、集流體、隔膜等基本上不發(fā)生反應(yīng)
D.與電極材料的相容性好,能形成穩(wěn)定、有效的鈍化膜;
E.電化學(xué)穩(wěn)定性好,分解電壓高,以減少電池的自放電和工作時電池內(nèi)壓的升高;F.閃點(diǎn)、燃點(diǎn)高,安全性好;G.環(huán)境友好性,分解產(chǎn)物對環(huán)境影響較小。
上述要求是實(shí)現(xiàn)鋰離子電池低內(nèi)阻、長壽命和高安全性的重要保證。鋰鹽、有機(jī)溶劑的選擇和電解質(zhì)溶液的優(yōu)化決定著電池的循環(huán)效率、工作電壓、操作溫度和儲存期限等是開發(fā)鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)之一。從某種意義上說,鋰離子電池液體電解質(zhì)對電池性能具有決定性的作用。
經(jīng)過幾十年的研究和實(shí)踐,鋰離子電池使用的電解液己基本成型,商品化的電解液一般選擇LiPF6作為鋰鹽,溶劑多為碳酸乙烯脂(EC)與碳酸二甲脂(DMC)或者碳酸二乙酯(DEC)構(gòu)成的混合溶劑。此外,還有少量基于特殊目的使用的電解液體系。這些電解液體系,支撐著鋰離子電池的商品化以及今后的研究和發(fā)展。
2.固態(tài)或膠態(tài)電解液和電解質(zhì)
使用固體電解質(zhì)可避免液態(tài)電解液漏夜的缺點(diǎn),還可把電池作成更薄(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(shí)驗(yàn)表明固態(tài)鋰離子電池使用安全性能很高,經(jīng)釘穿,加熱,短路和過充等破壞性實(shí)驗(yàn),液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池會發(fā)生漏夜、爆炸等安全性問題,而固態(tài)電池除內(nèi)溫略有升高外并無任何其它安全性問題出現(xiàn)。
固態(tài)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(diǎn),即可作為陰陽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)一般可分為干性固體聚合物電解質(zhì)和凝膠聚合物電解質(zhì)。固體聚合物電解質(zhì)主要還是基于聚氧化乙烯,其缺點(diǎn)是離子導(dǎo)電率較低,在固體聚合物電解質(zhì)中離子傳導(dǎo)主要是發(fā)生在無定性區(qū),借助聚合物鏈的移動進(jìn)行遷移。聚氧化乙烯容易結(jié)晶是由于其分子鏈的高規(guī)整性,而晶形化會降低離子導(dǎo)電率。
因此要想提高離子導(dǎo)電率一方面可通過降低聚合物的結(jié)晶度,提高鏈的可移動性,另一方面可通過提高導(dǎo)電鹽在聚合物中的溶解度。利用接枝、嵌段、交聯(lián)、共聚等手段來破壞高聚物的結(jié)晶性能,可明顯的提高其離子導(dǎo)電率。此外加入無機(jī)復(fù)合鹽也能提高離子導(dǎo)電率。
在固體聚合物電解質(zhì)中加入介電常數(shù)低相對分子質(zhì)量的液態(tài)有機(jī)溶劑則可大大提高導(dǎo)電鹽的溶解度,所構(gòu)成的電解質(zhì)即為凝膠聚合物電解質(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)生析液而失敗。凝膠聚合物鋰離子電池已經(jīng)商品化。
②電池電解液和電解質(zhì)有哪些種類
電池電解液和電解質(zhì)的化學(xué)配方組成有很多種,會根據(jù)電池種類不同和電池應(yīng)用性能不同會有所不同,但其目的都是讓電池在應(yīng)用中有更優(yōu)越的使用性能和效率。
就電池種類來說,電解質(zhì)就有鉛酸蓄電池、鋰電池、膠體蓄電池、鎳氫電池、燃料電池、電容電池、低溫電池、高溫電池等不同的電解質(zhì)。這些電解液都是礦物質(zhì)化學(xué)物品調(diào)配的,導(dǎo)電性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于生物電解質(zhì),同時是會破壞生物機(jī)能的。
生物用電解質(zhì)和電解液(擴(kuò)充資料)
當(dāng)然,還有一種生物電解液,是屬于維持生命的一種生物體液,它們不能導(dǎo)大電流,但是導(dǎo)電速度卻要比非生物電解液要快。一般來說生物電解液同一種物種,體內(nèi)相同部位的電解液是一樣的;不同種生物的電解液會不同。
電解質(zhì)是體液中存在的離子,具有維持體液滲透壓、保持體內(nèi)液體正常分布的作用,是人體體液的主要組成成分,參與機(jī)體重要的生理和生化過程。正常情況下,機(jī)體具有完善的緩沖和調(diào)節(jié)系統(tǒng);通過緩中體系、肺、腎臟的代償,維持水、電解質(zhì)和酸堿平衡穩(wěn)定狀態(tài)。
體液電解質(zhì)中主要陽離子有鉀(K+)、鈉(Na+)、鎂(Mg2+)和鈣(Ca2+),主要陰離子包括氯離子(C1–)、磷酸根(HPO42–,H2PO4–)、碳酸氫根(HCO3–)、硫酸根(SO42-)),以及乳酸和蛋白質(zhì)等有機(jī)陰離子。
不同電池中電解液的特點(diǎn)
1、鉛酸電池電解液的特點(diǎn)
鉛酸電池的電解液是稀硫酸溶液,用水加濃硫酸配制而成。電解液的質(zhì)量優(yōu)劣對蓄電池的使用壽命、容量等等影響很大。電解液的純度對鉛酸電池有很大影響,所以不同類別的蓄電池使用的硫酸是不同的,干荷電普通蓄電池要求不高,使用的是蓄電池專用硫酸即可;而閥控式密封蓄電池必須使用分析純硫酸。
2、鋰離子電池電解液的特點(diǎn)
鋰電池電解液主要由鋰鹽、溶劑和添加劑三類物質(zhì)組成。電解液基本構(gòu)成變化不大,創(chuàng)新主要體現(xiàn)在對新型鋰鹽和新型添加劑的開發(fā),以及鋰離子電池中涉及的界面化學(xué)過程及機(jī)理深入理解等方面。
3、鎳氫電池電解液的特點(diǎn)
鎳氫電池使用與鎳鎘相同或類似的電解質(zhì),鎳鎘通常是氫氧化鉀,鎳氫電極是獨(dú)特的,由鎳、鈷、錳、鋁和稀土金屬組成,也用于鋰離子電池。對于密封鎳氫電池,電解液總量一般不會減少,只是經(jīng)過多次使用或長期擱置后,電解液在電池內(nèi)重新分配,大部分電解液會分配到正負(fù)電極板內(nèi),隔膜內(nèi)電解液減少甚至干涸,導(dǎo)至電池內(nèi)阻增大。
4、鎳鎘電池電解液的特點(diǎn)
鎳鎘電池中的電解質(zhì)是堿性電解質(zhì)。大多數(shù)鎳鎘電池是圓柱形的,其中幾層正極和負(fù)極材料纏繞成卷狀。充斥的鎳鎘版本用作商用飛機(jī)和UPS系統(tǒng)中的船用電池,在需要頻繁騎行的炎熱和寒冷氣候下運(yùn)行。鎳鎘比鉛酸更貴,但持續(xù)時間更長。
以上是關(guān)于在鋰離子電池中,電解液和電解質(zhì)一樣嗎?的詳細(xì)介紹。為了滿足鋰離子電池產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的需要,必須開發(fā)出高安全性、高環(huán)境適應(yīng)性的動力電池電解液材料。
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