到现在为止,研究者们在锂离子二次电池的基础上,又研究出了像是里锂硫电池这样的相关方向的电池,这些电池是以锂离子二次电池为原型,在材料、性能等方面加以改进或者研发,重新形成一种新的电池形式,作为一种新的电池形式,它打开了研究者们的研究大门,越来越多的研究者们也相继加入到这个领域的研发中来。锂离子电池采用固体的电解质,这是锂离子电池又迈入了一个新的领域的象征,相信在未来固体电解质还有很多的奥秘等待研究者们开发,这对于人们对锂离子电池的应用又提供了更多的想象和选择。
1。2。2 锂离子电池的工作原理
锂离子电池的内部主要由正极、负极、电解液组成,还有隔膜和电池壳等等。锂离子电池的正极一般采用一些可以让锂离子脱嵌的活性材料,这种活性材料具有非常重要的作用,它会表示出电池整体的容量,同时也代表了电池的能量密度而它的负极材料则比较常见,一般是采用锂碳层间化合物LixC6。
图1。1是锂离子电池在工作状态下的示意图[7],从中可以看出锂离子电池的工作原理。当锂离子电池工作时,Li+离开正电极然后经过电解质嵌入负极,与此同时,电子也离开正极转移到负极,这时负极就会出现富锂态的现象,而正极此时则是贫锂态的样子。因为锂离子电池在工作时的电压和组成电极本身的锂离子化合物本来就与锂离子的浓度有关,所以在这种循环的过程中,Li+可以有机会获得电子被还原成Li,而负极的Li又会失去电子转化为Li+从隔膜移动到正极材料,整个过程就像这样在正负极之间反复的循环的进行,从而就能实现能量之间的的相互转化作用,还可以实现这种能量的存储作用。
图1。1 锂离子电池工作原理图
锂离子电池的发展有很大的局限性和发展,目前影响锂离子电池的寿命的主要问题还是大功率充放电致使内部温度过高,而锂离子电池电解液通常又是易燃的有机溶剂,如果有强烈的碰撞,电解液很容易发生泄漏和燃烧,组装条件需要严格控制水和氧气,都存在一些易存在安全隐患,。
1。3 锂离子电池电解质
我们从构成锂离子电池的结构就可以看出,除了正极材料和负极材料,还有的是电池电解质对锂离子电池性能的影响是非常大的,这种影响是在已有锂离子电池的基础上可以加以改进的。我们为什么说锂离子电池电解质的选择这么重要那?因为要想锂离子电池可以承受更高的电压,储存更多的能量,在锂离子电池两级材料最优的情况下,只能从改变电解质的方向来解决,只有选择稳定性好电解质,和电化学窗口相对较宽的电解质才可以达到我们想要的结果。从电解质的选择来看,需要保证几个关键的问题 [10,11]:为了保持电极的活性,电解质不能和电极发生任何反应,这也是电池安全的保证和前提;锂离子电池的电导率高,可以保证充电放电的速率会更高,在电子电导率<10-10S·cm-1的情况下,就可以自动减少电池的自放电情况,提高充放电效率;没有毒性;离子迁移数接在1左右;还要和电极具有良好的兼容性,充放电过程更加顺利;电解质不容易挥发和燃烧;生产使用成本低;具有较宽的电化学窗口要更宽一些;使用起来安全稳定。
1。3。1 有机液体电解质文献综述
锂离子电池用的电解液是可燃性电解液,这种电解液应用在能源锂离子电池上,存在很大的安全隐患,可能招致电解液发热的缘由过度充电、内部短路等,这会有自燃甚至爆炸的危险。而以固态电解质为电解质的全固态电池将有机电解液取代之,其安全性将大幅度提升。