普通化学原理 普通化学原理 5 锂离子电池 -电解液.pptVIP

锂离子电池 锂离子电池电解液 锂离子电池对溶剂的要求有安全性、氧化稳定性、与负极的相容性、导电性等，总体要求溶剂具有较高的介电常数、较低的粘度等特征。 溶剂由主溶剂和添加剂组成 锂离子电池电解质材料 1.液态电解质，又称电解液，一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐（主要是LiPF6）、主要的添加剂等原料，在一定条件下，按一定比例配制而成的。 2.固态电解质，电解质为固体聚合物，以固体聚合物为电解质的锂离子电池称为聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery, 简称为LIP)。 锂电池中的关键内层组件 — 隔膜 隔膜的主要作用： 隔离正、负极，并使电池内部的电子不能自由穿过 能够让电解质液中的离子在正负极间自由通过。 隔膜的性能及其对电池性能的影响 锂电池隔膜材料分类 多孔聚合物薄膜（如聚丙烯PP,聚乙烯PE,PP/PE/PP膜） 无纺布（玻璃纤维无纺布，合成纤维无纺布，陶瓷纤维纸等） 高空隙纳米纤维膜 Separion隔膜 聚合物电解质 隔膜制备技术 聚合物电解质 聚合物电解质 聚合物电解质 聚合物电解质 制备方法对膜形貌影响 单向拉伸膜 双向拉伸膜 湿法 相转化法 静电纺丝法 S.S. Zhang. Journal of Power Sources 164 (2007) 351–364 锂离子电池电解液 电解液是锂离子电池的四大主要组成部分之一，是实现锂离子在正负极迁移的媒介，对锂电容量、工作温度、循环效率以及安全性都有重要影响。 通常电解液占电池重量和体积的比重分别为15％、32％，其对纯度及杂质的含量要求非常高，生产过程中需要高纯的原料以及必要的提纯工艺。 电解液的生产工艺流程图 常用溶剂性能表 对于液体电解质材料而言,需要满足以下条件: (l)在较宽的温度范围内为液体并具有较高的锂离子电导率， 达到或接近10-2S/cm，以满足不同条件下的应用要求。 (2)具有较好的热稳定性和化学稳定性,蒸汽压低,不易蒸发 和分解，与电池体系的其他材料不发生反应。 (3)具有较宽的电化学窗口,可以达到甚至超过4.5V(vs.Li/Li+)。 (4)毒性低,使用安全。 (5)制备及纯化容易,制备成本低等。 寿命长 防止外力或者是电极枝晶使隔膜破裂 力学性能和防震能力 安全性能好 温度升高时自动闭孔 自动关断保护性能好 足够的离子导电性 高循环次数 足够的吸液保湿能力 电解液的浸润性 电池的长寿命 稳定的存在于溶剂和电解液中 化学/电化学稳定性 耐湿性和耐腐蚀性 低内阻和高离子传导率 可大电流充放电 锂离子有很好的透过性 一定的孔径和孔隙率 避免自放电，延长寿命 阻止活性物质的迁移 电子绝缘性 避免短路和微短路 正负极颗粒的机械隔离 隔离性 影响电池的性能 隔膜所起的作用 隔膜的性能 Celgard2400隔膜，其主要成分为聚丙烯（PP），其厚度为25μm，孔隙率为37%，孔的尺寸为0.117μm*0.042μm 2008-2013年全球锂离子电池隔膜市场规模 隔膜在整个电池中占有重要地位，成本约占总成本的20%～1/3。按照年产10亿只锂离子电池计算，每年消耗隔膜3-5亿m2，以平均价格为8-15元/m2，价值在10-15亿元。 世界上生产隔膜的著名企业有塞拉尼斯，Akzo，3M，Celgard，ENTEK，日本的旭日化成，三菱，东燃化工，宇部化工，荷兰的DSM，以及德国的Degussa。 这些厂商占有全球90%的锂离子电池隔膜市场。隔膜技术在国内尚不成熟，完全依赖进口，是制约我国锂离子电池行业的瓶颈。 作用： 1.离子导电的电解质 2.一种阻碍正负极接触的隔膜(separator) 分类： 固态聚合物电解质 凝胶态聚合物电解质 纯凝胶态聚合物电解质 微孔凝胶态聚合物电解质 SPE 不添加液体增塑剂的全固态聚合物电解质 GPE MPE CPE 添加液体增塑剂的凝胶态电解质 微孔凝胶聚合物电解质 掺杂型的有机无机复合的聚合物电解质 聚合物电解质导电率的提高进程 The improvement of ionic conductivities for polymer electrolytes Li+在PEO中迁移示意图 提高锂盐的解离度，获得更多的自由锂离子，提高链段的柔韧性是提高聚合物导电率的关键。 固态聚合物电解质 改善方法 共混 共聚 添加无机填料 聚合物 + 锂盐 构成 常用的共混聚合物包括聚乙二醇（PEG）、聚乙醇胺 （PEI）,聚氧化丙烯（PPO）、聚丙烯酸醋类等。 常用的共聚体系包括聚氧化丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯（PSt）聚硅氧烷体系等。 常用的无机填料包括无机氧化物如Al2O3 、 TiO2 、 SiO2等，含Li化合物Li1.3A