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锂离子在离子液体电解质中是如何迁移的?

钜大LARGE  |  点击量:2500次  |  2018年05月15日  

  直到目前为止,还没有一款完全理想的、适合于锂电池的电解质。如今最常用的还是有机电解液,因为其具有高的离子电导率和较宽的温度使用范围。


  锂电池技术正在新能源的道路上飞速奔跑,现代社会对于锂电池的比能量、安全性有了更加广泛的关注。对于锂电池而言,正负极材料、电解质的革新是提高其性能的根本源泉。


  直到目前为止,还没有一款完全理想的、适合于锂电池的电解质。如今最常用的还是有机电解液,因为其具有高的离子电导率和较宽的温度使用范围。由于其本身容易着火,引发安全事故,所以新型电解质的开发势在必行。开发新型电解质需要一套可靠的理论来支持,但是由于电解液涉及了较多的影响因素(例如粘度,盐浓度,溶解,离子缔合和离子-溶剂相互作用)对于离子的迁移机制还不甚清楚。那么,在离子液体电解质中,锂离子是如何迁移的呢?


  离子液体电解质


  锂离子电池有一种电解质的材料是离子液体。离子液体的定义目前尚不明确,一般认为它是完全由阳离子和阴离子组成的液体,在室温或室温附近呈现为液态的有机盐类。离子液体具有独特的性质,包括不可燃性,低蒸气压,高热稳定性,良好的电化学稳定性,低毒性和高离子含量等。


  通常,将离子液体分为AlCl3型离子液体、非AlCl3型离子液体和特殊离子液体三类。各种离子液体的理化性质都可以在相关文献中找到。总体而言,离子液体的粘度比液态电解质高一至两个数量级,因此离子电导率比液体电解质的离子电导率低三至四个数量级。华登定律通常用于离子液体的电导率和粘度之间的关系,表达如下:


  λi是离子种类i的离子电导率,μ是粘度。


  因为粘度很大程度上取决于这些影响因素之间的相互作用,例如范德华相互作用,构象自由度,库仑力和离子形状等,科研人员在研究离子液体中离子物质之间的相互作用上已经付出了很多努力。除了低离子电导率之外,离子液体电解质的应用也不太可能在碳负极材料上形成SEI层,导致循环中的Li离子耗尽。所以,在许多情况下,离子液体需要辅助添加剂以用来作电解质。


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