一、鋰離子電池電解液概況

電解液是鋰離子電池四大關(guān)鍵材料（正極、負(fù)極、隔膜、電解液）之一，號稱鋰離子電池的“血液”，在電池中正負(fù)極之間起到傳導(dǎo)電子的作用，是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點的保證。電解液一般由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽（六氟磷酸鋰，LiPF6）、必要的添加劑等原料，在一定條件下，按一定比例配制而成的。

1、液體電解液

電解質(zhì)的選用對鋰離子電池的性能影響非常大，它必須是化學(xué)穩(wěn)定性能好尤其是在較高的電位下和較高溫度環(huán)境中不易發(fā)生分解，具有較高的離子導(dǎo)電率(>10- 3 s/cm )，而且對陰陽極材料必須是惰性的、不能侵腐它們。由于鋰離子電池充放電電位較高而且陽極材料嵌有化學(xué)活性較大的鋰，所以電解質(zhì)必須采用有機(jī)化合物而不能含有水。但有機(jī)物離子導(dǎo)電率都不好，所以要在有機(jī)溶劑中加入可溶解的導(dǎo)電鹽以提高離子導(dǎo)電率。目前鋰離子電池主要是用液態(tài)電解質(zhì)，其溶劑為無水有機(jī)物如EC(ethyl carbonate) 、PC (propylenecarbonate)、DMC(dimethyl carbonate)、DEC(diethyl carbonate)，多數(shù)采用混合溶劑，如EC2DMC 和PC2DMC 等。導(dǎo)電鹽有L iClO4、LiPF6、LiBF6、LiA sF6 和LiOSO2CF3,它們導(dǎo)電率大小依次為LiAsF6> LiPF6> LiClO4>LiBF6> LiOSO 2CF3。LiClO4因具有較高的氧化性容易出現(xiàn)爆炸等安全性問題，一般只局限于實驗研究中；LiAsF6離子導(dǎo)電率較高易純化且穩(wěn)定性較好，但含有有毒的As，使用受到限制；LiBF6化學(xué)及熱穩(wěn)定性不好且導(dǎo)電率不高，LiO SO2CF3導(dǎo)電率差且對電極有腐蝕作用，較少使用；雖然LiPF6會發(fā)生分解反應(yīng)，但具有較高的離子導(dǎo)電率，因此目前鋰離子電池基本上是使用LiPF6。目前商用鋰離子電池所用的電解液大部分采用LiPF6的EC2DMC，它具有較高的離子導(dǎo)電率與較好的電化學(xué)穩(wěn)定性。

2、固體電解液

用金屬鋰直接用作陽極材料具有很高的可逆容量，其理論容量高達(dá)3862mAh·g-1，是石墨材料的十幾倍，價格也較低，被看作新一代鋰離子電池最有吸引力的陽極材料，但會產(chǎn)生枝晶鋰。采用固體電解質(zhì)作為離子的傳導(dǎo)可抑制枝晶鋰的生長，使得金屬鋰用作陽極材料成為可能。此外使用固體電解質(zhì)可避免液態(tài)電解液漏液的缺點，還可把電池做成更薄(厚度僅為0.1mm)、能量密度更高、體積更小的高能電池。破壞性實驗表明固態(tài)鋰離子電池使用安全性能很高，經(jīng)釘穿、加熱( 200℃)、短路和過充(600%)等破壞性實驗，液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池會發(fā)生漏液、爆炸等安全性問題，而固態(tài)電池除內(nèi)溫略有升高外(<20℃)并無任何其它安全性問題出現(xiàn)。固體聚合物電解質(zhì)具有良好的柔韌性、成膜性、穩(wěn)定性、成本低等特點，既可作為正負(fù)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)一般可分為干形固體聚合物電解質(zhì)(SPE)和凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)。SPE固體聚合物電解質(zhì)主要還是基于聚氧化乙烯(PEO)，其缺點是離子導(dǎo)電率較低，在100℃下只能達(dá)到10-40cm。在SPE中離子傳導(dǎo)主要是發(fā)生在無定形區(qū)，借助聚合物鏈的移動進(jìn)行傳遞遷移。PEO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，可明顯地提高其離子導(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)中加入高介電常數(shù)低相對分子質(zhì)量的液態(tài)有機(jī)溶劑如PC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GPE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)生析液而失效。凝膠聚合物鋰離子電池已經(jīng)商品化。

在后工業(yè)時代，汽車普及的速度大大超過了我們的想象，在帶來高效方便的同時，大量尾氣的排放，也給環(huán)境增添了很大壓力，而隨著石油價格飛漲、二氧化碳排放帶來溫室效應(yīng)等問題的凸顯，更是迫切需要尋找替代傳統(tǒng)能源的新型能源。液態(tài)氫、燃料電池等都是好的選擇，但是存在價格高、技術(shù)不成熟等問題，普通鉛酸電池使用成本相對較低，但重量重，能量密度低，使用壽命短，還存在潛在的重金屬污染等問題。成都投入了“零排放”的全電動公交車，受到廣泛關(guān)注，這種全電動公交車采用了新型的磷酸鐵鋰電池作為其動力核心，這種新一代電動車綠色環(huán)保動力具有很多特點和優(yōu)勢。

安全性相當(dāng)高

要作為汽車動力，安全性是壓倒一切的首要考慮因素。普通鋰電池的安全性盡管能得到基本保證，但是在極端條件下存在起火、爆炸的可能性。磷酸鐵鋰電池作為鋰電池的二代產(chǎn)品，本身物理性能穩(wěn)定，再配合電池組內(nèi)置的過壓、欠壓、過流、過充等保護(hù)功能，不爆炸不起火，是目前全球唯一絕對安全的鋰離子電池。

由于采用高熱穩(wěn)定性材料和縝密工藝設(shè)計，電池安全和可靠性大為增強(qiáng)。與鋰電池不當(dāng)使用中可能出現(xiàn)的爆炸現(xiàn)象相比，磷酸鐵鋰電池即使扔在火中也不會發(fā)生爆炸。高溫穩(wěn)定性可達(dá)400—500°C, 保證了電池內(nèi)在的高安全性；不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒。經(jīng)過嚴(yán)格的安全測試，即使在最惡劣的交通事故中也不會發(fā)生爆炸。

壽命長成本低

作為動力電池，使用壽命（循環(huán)性能）與總體使用成本密切相關(guān)， 和普通鋰電池500次左右的循環(huán)使用壽命相比，磷酸鐵鋰電池在室溫下可充放電循環(huán)1500 次，容量保持率 95 ％以上，而50%容量的循環(huán)壽命更是達(dá)到了2000次以上，電池的持續(xù)里程壽命大于50萬公里，可以使用五年左右，是鉛酸電池的8倍，鎳氫電池的3倍，是鈷酸鋰電池的4倍左右。再加上其生產(chǎn)制造成本本身就低于普通鋰電池，無疑能大大降低電動車的使用和維護(hù)成本。

同時磷酸鐵鋰電池放電性能也十分優(yōu)異，功率曲線平穩(wěn)，抗過放能力強(qiáng)，普通鋰電電芯在低于3.2V后，再放電就是過放，可能會導(dǎo)致報廢。但是磷酸鐵鋰電池在2.8V的時候還有能量釋放，低于2.5V都不存在報廢的問題。

使用處理方便

我們知道，鎳氫、鎳鎘電池存在較強(qiáng)的記憶效應(yīng)，普通鋰電池也有一定的記憶效應(yīng)問題，需要盡量“滿充滿放”，會給電動車日常使用帶來不便，而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象，自放電小；無記憶效應(yīng)，電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電，同時該電池快速充電特性優(yōu)異，用專用充電器快充，半小時能充足95%左右。電池壽命終結(jié)后的處理問題，也值得我們關(guān)注，磷酸鐵鋰電池不含任何重金屬與稀有金屬，無毒，無污染，符合規(guī)定，為絕對的綠色環(huán)保電池，鉛酸電池中存在著大量的鉛，在其廢棄后若處理不當(dāng)，將對環(huán)境構(gòu)成二次污染，而磷酸鐵鋰材料無論在生產(chǎn)及使用中，均無污染。

總體而言，磷酸鐵鋰作為鋰電池的新一代材料，正以其安全性絕對可靠、循環(huán)壽命超長、充放電平臺穩(wěn)定等優(yōu)點受到全球動力電池專家的大力推崇，無愧為新一代電動車綠色動力的核心產(chǎn)品，隨著其在電動公交車上實際應(yīng)用的成功展示，也將逐步替代鉛酸電池，在目前成都市民使用的電動自行車中得到廣泛應(yīng)用。