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電池知識

鋰電池中的電解質(zhì)是做什么的

來源:寶鄂實(shí)業(yè)    2019-10-20 12:06    點(diǎn)擊量:
你不需要找到更好的方法。近年來,隨著人們對能量密度的追求,這一研究方向出現(xiàn)了“全血復(fù)活”的趨勢,我們將在后面進(jìn)行討論。
為了在儲能和釋能過程中達(dá)到化學(xué)穩(wěn)定性,即電池充放電循環(huán)的安全性和長壽命,我們需要一種電極材料,它在需要時是活性的,在需要時是穩(wěn)定的。經(jīng)過長期的研究和探索,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾種鋰金屬氧化物,如鈷酸鋰、鈦酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳三元材料等,作為電池正極或負(fù)極的活性材料,以上問題已經(jīng)解決。如上圖所示,磷酸鐵鋰的橄欖石結(jié)構(gòu)也是一種非常穩(wěn)定的陰極材料結(jié)構(gòu)。在充放電過程中,鋰離子不會引起晶格坍塌。此外,鋰金屬電池確實(shí)存在,但與鋰離子電池相比,它們幾乎可以忽略不計。技術(shù)的發(fā)展最終將服務(wù)于市場。
當(dāng)然,在解決穩(wěn)定性問題的同時,也帶來了嚴(yán)重的“副作用”,即鋰元素作為能量載體的比例大大降低,能量密度降低一個數(shù)量級以上,有得有失,順其自然。
通常選用石墨或其他碳材料作為負(fù)極的活性材料,也符合上述原理。要求是良好的能源載體,相對穩(wěn)定,儲量相對豐富,便于大規(guī)模制造。碳元素是一個相對最優(yōu)的解決方案。當(dāng)然,這不是唯一的解決辦法。陽極材料的研究非常廣泛,將在后面討論。
電解質(zhì)是做什么的?一般來說,游泳池里的“水”允許鋰離子自由游泳。因此,離子導(dǎo)電率要高(游泳的阻力?。娮訉?dǎo)電率要?。ń^緣),化學(xué)穩(wěn)定性要好(穩(wěn)定性壓倒性),熱穩(wěn)定性要好(都是為了安全),電位窗口要寬?;谶@些原理,經(jīng)過長期的工程探索,人們發(fā)現(xiàn)了由高純有機(jī)溶劑、電解液鋰鹽、必要的添加劑等原料在一定條件下按一定比例制成的電解質(zhì)。有機(jī)溶劑包括PC(碳酸丙烯酯)、EC(碳酸乙烯酯)、DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)、EMC(碳酸乙酯)等材料。電解液鋰鹽有l(wèi)ipf6、libf4等材料。
增加隔離膜,防止正負(fù)材料直接接觸。我們希望使電池盡可能小,儲存盡可能多的能量,因此正負(fù)極之間的距離越來越小,短路成為一個巨大的風(fēng)險。為了防止正負(fù)材料短路,導(dǎo)致能量的劇烈釋放,必須用一種材料將正負(fù)電極“隔離”,這就是隔離膜的起源。隔離膜需要有良好的離子通過性,主要是為鋰離子打開通道,使其能夠自由通過,同時又是電子的絕緣體,從而實(shí)現(xiàn)正負(fù)極的絕緣。目前市場上主要有單層pp、單層pe、雙層pp/pe、三層pp/pe/pp復(fù)合膜。
鋰離子電池的完整材料構(gòu)成
  除了上面提到的4種主要材料之外,要想把鋰離子電池從實(shí)驗(yàn)室的一個“實(shí)驗(yàn)品”變成一個可以商業(yè)化應(yīng)用的產(chǎn)品,還需要其他一些不可或缺的材料。
我們先看電池的正極,除了活性物質(zhì)之外,還有導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑,以及用作電流載體的基體和集流體(正極通常是鋁箔)。粘結(jié)劑要把作為活性物質(zhì)的鋰金屬氧化物均勻的“固定”在正極基帶上面,導(dǎo)電劑則要增強(qiáng)活性物質(zhì)與基體的電導(dǎo)率,以達(dá)到更大的充放電電流,集流體負(fù)責(zé)充當(dāng)電池內(nèi)外部的電荷轉(zhuǎn)移橋梁。
 
  負(fù)極的構(gòu)造與正極基本相同,需要粘結(jié)劑來固定活性物質(zhì)石墨,需要銅箔作為基體和集流體來充當(dāng)電流的導(dǎo)體,但因?yàn)槭旧砹己玫膶?dǎo)電性,所以負(fù)極一般不添加導(dǎo)電劑材料。
  除了以上材料外,一個完整的鋰離子電池還包括絕緣片、蓋板、泄壓閥、殼體(鋁,鋼,復(fù)合膜等),以及其他一些輔助材料。

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