锂电池电解质层及其商业应用

锂电池在阳极和阴极之间有一层电解质，包含在有机电解质溶剂中溶解的锂盐。使用的锂盐有LiPF6、LiBF4、LiClO4和LiCF3SO3。有机电解溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、1，2－二甲氧基乙烷和1，2－二乙氧基乙烷。电解质溶液在多孔隔板中饱和，防止阳极和阴极直接接触。典型的多孔隔板是聚丙烯微孔板（Celgard），在锂电池中聚合物用来作为电解质层，包括有机电解质和锂盐。图6－9为电池的结构图。

图6－9　使用聚合物电解质层的电池结构图(www.xing528.com)

电解质层商业应用通常是电解质溶剂及带多孔板的锂盐层，出于安全因素考虑，越来越普遍地出现向电解质层中添加聚合物添加剂。使用聚合物添加剂，最常用的两种体系是固体聚合电解质和胶体聚合电解质。聚乙烯（环氧乙烷）是固体聚合电解质首选的材料，固体聚合电解质由聚合物和不含有机电解质溶剂的锂盐组成，胶体聚合电解质由聚合物、锂盐和大量有机电解质溶剂组成。聚乙烯偏二氟乙烯共聚物PMMA和PAN通常被提及作为胶体聚合电解质层的材料。毫无疑问，共混聚合物可用作固体和胶体聚合电解质层材料。

苯氧基（PHE）和含有LiClO4盐的PEO混合物是一种固体聚合电解质，可以消除或减少PEO的结晶度，限制室温下的离子电导率。聚乙烯（己内酯）加入PEO／LiClO4也是一种固体聚合电解质，添加少量的PLC会抑制PEO的结晶，相分离程度很大。

当PEO／PCL的比例为1／4时，其室温下的离子电导率最大。一种由偏二氟乙烯和六氟丙烯共聚物和交联聚乙烯（乙二醇）（半IPN）的网状混合物组成的胶体聚合电解质被认为具有良好的力学性能，在与有机电解质和锂盐结合时具有良好的离子电导率。甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸的共聚物与PEO具有良好的可混合性，使室温下的离子电导率为8.3×10－5S／cm（含LiClO4和低分子PEO）。另一种由PVF2／PMMA和LiClO4的混合物与邻苯二甲酸二甲酯混合的最大离子电导率在30℃时可达4.2×10－3S／cm。偏二氟乙烯六氟丙烯／PMMA与LiCF3SO3的混合物与由碳酸二乙酯和碳酸丙烯混合的电解质溶剂在最佳的浓度和室温下，其离子电导率约为1×10－3S／cm。许多研究都提到上述易混合体系，相离混合物也被认为最有希望作为锂电池电解质层。腈基丁二烯橡胶和聚乙烯（表氯醇—一氧化碳—环氧乙烷）（ECO）和LiCIO4的混合物在添加碳酸丙烯酯后，在25℃时离子电导率大于10－3S／cm。这种混合物是经过相离，ECO作为离子态的电导相，NBR作为加强基体。PS／PEO不溶混合物及LiClO4和碳酸丙烯酯／碳酸乙烯电解质溶剂的混合物被应用在胶体的聚合电解质中，产生了连续相形态，并且在大于50%的电解质溶剂中的离子电导率大于10－3S／cm。采用LiTFSI盐制备聚合胶体电解质PVF2—HFP表膜和聚乙烯（乙二醇）甲基丙烯酸甲酯加上二甲基丙烯酸甲酯的微米级单体。用紫外线交联的丙烯酸酯产生相分离膜，它用γ－丁内酯来溶胀。在室温下，产生的薄膜其离子电导率为10－3S／cm。在硝酸银层中评估的用于锂电池的其他聚合混合物有PEO／聚（环氧丙烷）、PEO／PAN、PEO／聚磷基和PMMA／SAN。