鋰電池商品化帶來的聚合物電解質研究熱潮

　　鋰電池商品化的液體電解質中無一例外是LiPF6的碳酸脂溶液，這種電解質是將鋰鹽溶于兩種或三種碳酸脂的混合劑中，一種碳酸脂的介電常數高，有利于鋰鹽的離解，通常是EC；另外一種或兩種碳酸醋的裁度低，通常是DMC、DEC、EMC等，有助于提高鋰離子的遷移速率。

　　聚合物電解質的定義為：含有聚合物材料且能發生離子遷移的電解質。對于鋰聚合物電池來說，凝膠聚合物電解質介于液體電解質和固體電解質之間，也屬于聚合物電解質。本文講述的聚合物電解質是通常的全固態聚合物電解質或干型聚合物電解質(dry polymer electrolyte)。也包括熔融鹽聚合物電解質。

　　聚合物電解質的研究起源于1973年，當時報道了聚氧化乙烯(PEO)-堿金屬鹽復合物具有高的離子導電性。此后，聚合物電解質得到了人們的重視。1978年，法國的Armand博士預言這類材料可以用于儲能鋰電池的電解質，提出電池用固體電解質的設想。20多年來，人們在固態聚合物電解質的理論研究及應用方面都取得了很大進展，制備、合成了多種不同基體的固體電解質。

　　采用聚合物電解質組裝的鋰離子電池可以解決液體電解質易發生電解液泄漏和漏電電流大的問題，且易于小型化。并且聚合物材料的可塑性強，可以制成大面積的超薄薄膜，保證與電極之間具有充分接觸。可以根據不同場合的需要，做成圓柱形、方形等各種形狀，在電池內部的聚合物電解質層可以多層并聯，也可以做成“Z”形。同時還顯示一些優越的性能，例如柔順性極大地改善了電極在充放電過程中對壓力的承受力，降低與電極反應的活性，避免了高溫熔鹽電解質由于高溢操作而引起的腐蝕及熱能消耗，提高安全性能，因此在液體鋰電池商品化之后。聚合物電解質的發展得到了明顯推動。

　　有機液體電解質是把鋰鹽電解質溶解于極性非質子有機溶劑得到的電解質，這類電解質的電化學穩定性好，凝固點低、沸點高，可以在較寬的溫度范圍內使用，但有機溶劑介電常數小、粘度大，溶解無機鹽電解質的能力差，電導率不高（一般在10-2~10-3S/cm，比水溶液低1~2個數量級），對痕量水特別敏感，含水量必須控制在20mg/kg以下。這類電解質在鋰離子電池中的作用機制復雜，鋰鹽與溶劑的選擇、電解質與電極材料的界面行為、添加劑的使用、電池組裝工藝和電池的使用情況等均對電池性能有著復雜的影響。因此，合適電解液體系的選擇和最優化一直是人們不斷研究和探索的目標。

　　19年Wight首次發現聚氧乙烯(PEO)與堿金屬鹽配位具有離子導電性，1978年，Amand提出以此作為包含堿金屬電極的可充電池電解質，從此掀起了聚合物電解質的研究熱潮。固體聚合物電解質具有不可燃、與電極材料間的反應活性低、柔韌性好等優點，可以克服液態鋰離子電池的上述缺點，允許電極材料放電過程中的體積變化，比液體電解質史耐沖擊、振動和變形，易于加L成型，可以根據不同的需要把電池做成不同形狀，近年來，成為鋰離子電池的重要電解質材料之一在聚合物基體中引入液體增塑劑如PC 、 EC等，得到固液復合的凝膠電解質，這種由高分子化合物、鋰鹽和極性有機溶劑組成的三元電解質兼有固體電解質和液體電解質的性質，1997年，美國Bellcore公司將凝膠型高分子固體電解質用于鋰離子電池，這種電解質可將正負極黏結在一起，電池使用鋁塑復合膜包裝即可減小電池漏液的可能性。

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