1.      電解質(zhì)

電解質(zhì)的研究開發(fā)對鋰離子二次電池的性能也是非常重要的?？梢哉f鋰離子電池的成本主要取決于電解質(zhì)的成本。鋰離子電池對電解質(zhì)的要求是：應(yīng)有較高的離子導(dǎo)電性；對電極有高的鋰嵌入量和相容性；有機(jī)溶劑的分解電壓要高，以減少自放電和電池內(nèi)部的氣體壓力；使用安全無污染、價(jià)格低廉、重量輕、可設(shè)計(jì)成多種形狀。

目前鋰離子二次電池中采用的電解質(zhì)可分為兩大類：液體電解質(zhì)和固體電解質(zhì)。液體電解質(zhì)主要使用鋰鹽溶解于有機(jī)溶劑中制備的；固體電解質(zhì)主要是采用高分子材料為基體的聚合物。

1.1   液體電解質(zhì)

液體電解質(zhì)常用的有機(jī)溶劑有：碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、四氫呋喃（THF）、乙二醇甲醚（DME）、碳酸二乙酯（DEC）等以及它們不同配比的混合劑，如PC+DME、PC+DME+EC、EC+DEC、EC+THF、PC+EC+DEC等。對液體電解質(zhì)研究主要是解決以下幾個(gè)突出問題：（1）由于鋰離子二次電池的負(fù)極材料大多為碳材料，所以，電解質(zhì)與碳負(fù)極的相容性是首要問題；（2）隨電壓升高，電解質(zhì)溶液分解產(chǎn)生氣體，使內(nèi)壓增大，導(dǎo)致對電池災(zāi)難性的破壞；（3）電池工作溫度升高時(shí)溶劑的抗氧化能力較低。

有學(xué)者研究了幾種溶劑體系的碳負(fù)極相容性，發(fā)現(xiàn)EC+DMC具有良好相容性，配比有1：1、1：2和3：7等各種。如Bellcore電池是在LixC6/LiMn2O4電池中，以1mol/L LiPF6的EC+DMC（1：2）溶液為電解質(zhì)溶液，室溫下可穩(wěn)定到4.8V，在55℃下可穩(wěn)定到4.8V，其液相溫區(qū)為-20℃~130℃。該體系突出的優(yōu)點(diǎn)是活性范圍寬，與碳負(fù)極相容性好，安全性高，在較大的溫度范圍有良好的循環(huán)壽命和自放電特性。

1.2 固體電解質(zhì)

液體電解質(zhì)雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)電性好，與電極相容性好等，但也有缺點(diǎn)，如易滲漏，安全性差，需要堅(jiān)固的金屬外殼，尺寸固定，缺乏靈活性，電池組裝程序復(fù)雜等。為了克服液態(tài)鋰電池的缺點(diǎn)，人們研究和開發(fā)了固體電解質(zhì)鋰離子二次電池。

固體電解質(zhì)是用高分子材料為基體的復(fù)合物，具有較高的離子導(dǎo)電性和較良的力學(xué)性質(zhì)，易薄膜成形，柔軟、質(zhì)輕、有彈性、不滲漏等特性。

1.2.1   聚合物/鹽復(fù)合物

1973年，Wright等首次發(fā)現(xiàn)聚氧乙烯（PEO）與堿金屬鹽配位具有離子導(dǎo)電性。因此，人們對PEO進(jìn)行了大量研究。由PEO和鋰鹽配位的高分子固體電解質(zhì)（SPE）常溫下存在非晶相（無定形區(qū)）、晶相（純PEO相）、富鹽相。 一般認(rèn)為：SPE的導(dǎo)電機(jī)制是首先遷移離子同高分子鏈上的極性基團(tuán)配位。在電場作用下，遷移離子與極性基團(tuán)不斷發(fā)生配位—解配過程，從而實(shí)現(xiàn)離子和遷移。由于PEO易于結(jié)晶，一般PEO與鹽復(fù)合物的SPE在室溫下電導(dǎo)率為10-6S/cm~10-7 S/cm，因而實(shí)際實(shí)用價(jià)值不大。

1.2.2   乳膠粒子/鹽復(fù)合電解質(zhì)

采用不同性能的乳膠粒子制備出兩相結(jié)構(gòu)的高分子固體電解質(zhì)。它是具有極性組分和非極性組分共存的固體電解質(zhì)，極性部分吸附鋰離子溶液溶脹，形成鋰離子通道；非極性部分不溶脹，起到機(jī)械支撐作用，從而兼顧了材料的導(dǎo)電性和力學(xué)性能。如以橡膠態(tài)、非極性的聚丁二烯（PB）為核，以極性、玻璃態(tài)的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為殼，合成具有核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合乳膠粒子，成膜后用鋰離子有機(jī)溶液浸漬，極性PVP部分選擇吸附鋰離子溶液而溶脹，非極性PB部分粒子保持形狀，從而得到兩相結(jié)構(gòu)的高分子固體電解質(zhì).其導(dǎo)電率可達(dá)10-3S/cm。

1.2.3 聚合物凝膠/鹽復(fù)合電解質(zhì)

它是采用聚合物、增塑劑與溶劑互溶方法形成具有合適微結(jié)構(gòu)的聚合物網(wǎng)絡(luò)，利用固定在微結(jié)構(gòu)中的液態(tài)電解質(zhì)分子實(shí)現(xiàn)離子傳導(dǎo)。這種聚合物電解質(zhì)即具有固態(tài)聚合物的穩(wěn)性、可塑性和干態(tài)特點(diǎn)，又具有液態(tài)電解質(zhì)的高離子傳導(dǎo)率，顯示出良好的實(shí)用前景。