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文档简介
1、态电解质优越性1.液态电解质存在问题1.1可燃性。由于锂盐的溶解性限制,目前市面上通用的电解液溶剂为极性非质子有机溶 剂,例如碳酸酯混合溶剂。有机溶剂根本上存在挥发性和高度自燃性问题,存在严重安全隐 患。除非根本上替换有机溶剂,否则添加阻燃剂等手段只是治标不治本,还会引起降低电导率等附加问题。表1.1常用有机溶剂性质名称缩写结构闪点(C)着火点(C)熔点(C)碳酸丙烯酯PC冷。128133-49碳酸乙烯酯EC160-36碳酸二甲酯DMCA18-4.6碳酸甲乙酯EMCA33-55通常情况下,将闪点低于45 r的液体定义为易燃液体。环状碳酸酯通常具备较高的闪点, 而线性碳酸酯的闪点较低。然而环状碳
2、酸酯的黏度通常也很大,往往需要和黏度较低的线性 碳酸酯混合使用以达到更好的性能。1.2阻燃性电解液。电解液燃烧的根本原因是有机溶剂的可燃性,但普遍认可的诱因是电解液受热情况下的自由基反应:RHR- +H-H. +02H0. +0.H- +H2-H +H200+H2Th+h其中02可能是阴极材料或电解液组分的热分解生成,H2可能是电解液和痕量水的还原分 解生成。因而,阻燃电解液的阻燃机理就是自由基捕获机制,通过阻燃剂受热时释放的自由 基捕获气相中的H0或H,从而干扰H0的链式反应,达到阻燃的效果。以磷酸三甲酯(TMP)为例阐述阻燃添加剂的作用机理。TMP首先在受热条件下气化:TMP /TMP 气
3、气态TMP分子受热分解释放含磷自由基:TMP 气tP生成的自由基具有捕获体系中H的能力:P +H tPH从而降低电解液体系中H的含量,有效阻止碳氢化合物的燃烧或爆炸。目前常用的阻燃剂主要包括磷系阻燃剂(烷基磷酸酯)和卤系阻燃剂(氟代环状碳酸酯)。1.3是否存在不可燃电解液?通过以上理论依据的分析,为改善电解液的阻燃性能,一方面可以提高有机溶剂的闪点以 降低其可燃性,通常卤素原子的引入可有效改善闪点,例如PC甲基上三个氢被氟取代形成 的TFPC具备134C的闪点,有效提高了电解液的防火性;另一方面即添加阻燃剂抑制自由 基链式反应,例如磷系阻燃剂(烷基磷酸酯)和卤系阻燃剂(氟代环状碳酸酯)。然而就
4、目前而言,新型有机溶剂的开发仍有待进一步的研究,而阻燃剂的电化学不稳定性 以及其不利的理化性质(高熔点以及高粘度)会对电解液造成负面影响。故而,不可燃电解液 理论可行,但任重道远。2.固态电解质特点2.1安全性。固态电解质通常由聚合物和盐两部分组成,可以从根本上排除电解液泄漏、 杂质影响以及燃烧爆炸等问题,提高电池使用过程中的安全性。表2.1常用聚合物性质名称重复单元闪点(C)热分解温度(C)熔点(C)聚氧化乙烯(CHCHaO),-171420-65聚氧化亚甲基(CHzO)n70270170聚氧化丙烯-LCHtCHOCHzOl-63120-可以看出,聚合物电解质的闪点和热分解温度普遍较高,具备
5、较好的防火性。表2.2聚合物锂离子电池与液态锂离子电池的安全性比较1聚合物锂离子电池液态锂离子电池无破裂、不燃烧、无漏液破裂、漏液、冒烟针扎实验温度上升不到20C温度上升约250C无破裂、不燃烧、无漏液破裂、漏液、冒烟热板加热(200C)无破裂、不燃烧、无漏液破裂、漏液、冒烟外部短路温度上升不到20C温度上升约100 C无破裂、不燃烧、无漏液破裂、漏液、冒烟过充电温度上升不到20C温度上升约100 C2.2灵活性。固态电解质可以根据实际使用进而设计成各式各样的电池,并且聚合物本身 的柔性,可以补偿电池在充放电过程中的体积变化,亦可以承受使用过程中的撞击、变形、 振动等变化,具备极高的容错率和安全性。2.3高性能。固态电解质在很大程度上可以降低电解质与电极的反应活性,提高电池的比 能量;同时,聚合物固态电解质可以
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