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什么是聚合物固态电解质?聚合物固态电解质的组成部分有哪些?
聚合物固态电解质是常见的固态电解质之一,通常指含有聚合物材料且能够发生离子迁移的电解质。聚合物固态电解质具有热稳定性好,对锂稳定性较高,循环性能较好,可制备成柔性薄膜电池等优点,是目前从根本上解决商业锂电池的安全问题的最有希望优先实现实际生产的固态电解质。
聚合物固态电解质由聚合物基体、锂盐和添加剂三大部分组成。
聚合物基体提供支撑骨架和离子传递介质,要求对锂盐溶解性要好,锂盐在其中易离解、离解离子易扩散。通常选用介电常数高、具有极化基团,同时玻璃化转换温度较低的有机聚合物。
锂盐能提供锂离子,为提高聚合物体系中锂离子浓度和迁移能力通常选用晶格能较低、阴离子电荷离域程度高、离散常数高、稳定性好的锂盐。 常用锂盐有 LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiBOB、LiTFSI等。
添加剂可以是有机液体及有机小分子物质、电解液、无机填料或离子液体等,目的是为了改善聚合物固态电解质的综合性能。有机液体、有机小分子物质(如低聚物)及电解液又被称为增塑剂,通常会使聚合物基体发生溶胀转变为凝胶状态,可大幅度提高离子电导率。常用的有机液体有碳酸酯类如 DMC、DEC、PC、EC 等,有机小分子物质有 PEG(聚乙二醇)、PEGDMA(聚乙二醇二甲基丙烯酸酯)等。
无机填料作为添加剂可提高电解质与电极间的界面性能,降低聚合物的结晶度和玻璃化转变温度,提高电解质的电导率。无机填料可分为两类:一种是惰性填料,本身不具备传导离子能力,不直接参与离子传导,例如 Al2O3、SiO2、TiO2、BaTiO3、沸石、黏土等;另一种是活性填料,通常是无机固态电解质,本身具有传导离子能力,起着传导离子及诱导电化学反应的作用,如 γ-LiAlO2、Li3N、LAGP、LATP、LLTO、LLZO等。
综上,锂电池用聚合物固态电解质是指各种锂盐加入至聚合物中,在通过添加剂以改善电解质性能的电解质体系,是能够有效避免锂电池漏液、内部短路以及易燃易爆等安全性问题的理想选择。