固体锂离子电池用电解质合成方案之

发布 2019-08-04 17:46:35 阅读 3326

锂离子塑晶固体电解质制造方法。

在1986年首先报道了塑晶材料在常温下有较高的锂离子导电性能。之后对塑晶材料的离子导电性能进行了进一步的研究。

就在当时光到达1999年,曾有澳大利亚某大学报道了:在甲基烷基吡咯烷鎓(n2methyl2n2alkylpyrrolidinium)与三氟甲基磺酸亚胺(bis2(trifluoromethanesulfonyl) amide)形成的盐类物质中加入三氟甲基磺酸亚胺锂,可得到室温导电率较高的固体塑晶电解质,并提出其导电机理是晶格中存在随塑晶旋转而移动的“空穴”。“空穴”的移动导致锂离子的传导,类似于p型半导体的导电机理。

这是多年来塑晶锂离子固体电解质研究中较早的具有突破性进展的报道。

目前,应用于常温固体锂离子电解质的塑晶材料主要有两类:①非离子型化合物塑晶材料 ②离子型化合物塑晶材料。

制作方法:非离子型化合物塑晶材料常温固体锂离子电解质:就是在常温有机塑晶材料中加入锂盐而制备得到的。

有专家以常温塑晶材料丁二腈(又称琥珀腈,succinonitrile ,其塑晶相温度范围是-35℃~62℃)作为基质,加入5wt%的三氟甲基磺酸亚胺锂(lithium bis ( trifluoromethanesulfonyl ) amide ,litfsa),或2wt %的双腈胺锂(lithium dicyanamide ,lidca)。可以看出,加入5wt%litfsa 的丁二腈在25℃时的锂离子导电率达到了3.16×10-4s/cm,对于纯固态电解质,导电率已经很高。

在这里,丁二腈被认为是固体溶剂,锂盐被“溶”在“固体溶剂”中。丁二腈中加入5wt %litfsa(a) 和2wt%lidca (b) 的锂离子导电率增高。

在实验发现,丁二腈中加入5%(摩尔百分数) 的litfsa,其室温导电率达到3×10-3s/cm,其电化学窗口达到6v。

同时组装了li4ti5o12/succinonitrile25mol % litfsa/licoo2和li4ti5o12/succinonitrile25mol %litfsa/lifepo4电池,在常温下其初始放电容量分别达到146mah/g和148mah/g。上述电池在20℃时的循环性能也很好。

其中li4ti5o12/succinonitrile25mol % litfsa/licoo2电池在c/12时100个循环的容量保持率达76%。

而li4ti5o12/succinonitrile25mol%litfsa/lifepo4电池在5c时100个循环的容量保持率仍有72%。当时,这些结果对于纯固态的锂离子电池已经相当不错。如果,按照2013年的先进的组装方法,其电容量和电压指标还会更加好。

近年来的研究表明,塑晶是一类很有前途的制备常温纯固态锂离子电解质的新材料。以此为基质通过掺杂锂盐制备的锂离子塑晶常温固体电解质的离子导电率已经达到了10-3s/cm的实用水平,且塑晶材料具有较高的电化学稳定性,其电化学窗口一般达到4—6v。

作为理想的锂离子固体电解质的制备材料,在满足常温离子导电率的情况下,还必须具有较好的成膜性能和较高的机械强度,以便制作固体电解质膜。同时还应该在较宽温度范围内具有较高的离子导电率和稳定性,以适应锂离子电池在不同稳定条件下的使用。

相对于研究较多的聚合物固体电解质和锂无机固体电解质,塑晶固体电解质的研究才开始不久,虽然塑晶材料已经显示了具有常温离子导电率高和电化学稳定性好的特点。但利用塑晶材料制作固体电解质膜的工艺和锂离子在该材料中的导电机理还需要进一步地探索,该材料与现有正负极材料的相容性以及在充放电过程中的循环稳定性有待深入地研究。总之,塑晶固体电解质所取得的研究进展非常令人鼓舞,相信它在未来锂离子动力电池上将有广阔的应用前景。

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