固态电解质优越性

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形成高表面积的薄膜，进而获得在宽温度范围内具有高 比能量、大功率、长循环寿命等良好性能的电池。参考文献1植谷庆雄.聚合物锂电池.Tokyo:CMC,1999,68.