介紹
電解液是鋰離子電池四大關(guān)鍵材料(正極、負極、隔膜、電解液)之一,號稱鋰電池的血液,在電池中正負極之間起到傳導(dǎo)電子的作用,是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點的保證。
鋰電池充放電原理
離子電導(dǎo)率正是高性能電解液重要的指標,影響電解液離子電導(dǎo)率的三個影響因素有:鋰鹽的解離能力,電解液的溶劑化能力,電解液的粘度。
電解液的組成
有機電解液的基本成分包括鋰鹽(提供載流子:Li+)、有機溶劑(解離鋰鹽、提供Li+傳輸介質(zhì))、添加劑(少量使用、改善性能)。其中常用的有機溶劑有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等。由于不同的混合比例或者配方成分導(dǎo)致電解液粘度不同。
Fluidicam微流控可視儀可以精確測量低粘度電解液的粘度差異,本文利用Fluidicam測量了不同比例有機溶劑的電解液粘度,以期提高電解液的離子電導(dǎo)率,為電池研發(fā)者提供設(shè)計思路。
方法
儀器:法國Formulaction公司 Fluidicam微流控可視流變儀
EMC: 碳酸甲乙酯
DMC: 碳酸二甲酯
EC: 碳酸乙烯酯
LiClO4: 高氯酸鋰.
測量純?nèi)軇┰诓煌壤龝r(EMC:DMC:EC)的粘度差異。然后,研究了EC和鋰鹽濃度對電解液粘度的影響。
結(jié)果與討論
不同成分有機溶劑的粘度:
圖1 不同成分有機溶劑的粘度-溫度曲線
兩種不同成分的有機溶劑隨溫度增加粘度均有明顯的下降,其中含有EC的有機溶劑粘度較大,但是隨溫度的增加粘度下降的較快。
表1 不同成分有機溶劑的粘度數(shù)據(jù)表
兩種成分有機溶劑的粘度在25℃下具有明顯的差異:加入EC的有機溶劑粘度為1.021±0.004mPa·s,與水的粘度接近,而不含有EC的有機溶劑粘度僅為0.614±0.004mPa·s。
EC濃度對粘度的影響:
圖2 電解液粘度隨EC濃度變化曲線
表2 電解液粘度隨EC濃度變化數(shù)據(jù)表
結(jié)果顯示,隨著EC濃度逐漸增高粘度逐漸增大,較高的EC濃度可能會抑制電解液的離子電導(dǎo)率,降低電池性能。
鋰鹽濃度對電解液粘度的影響
圖3 電解液粘度隨高酸鉀鋰濃度變化曲線
表3 電解液粘度隨高氯酸鋰濃度變化數(shù)據(jù)表
離子電導(dǎo)率與鋰鹽濃度成正比,與電解質(zhì)的粘度成反比(電解質(zhì)的斯托克斯定律電導(dǎo)率),配方工作者需要在兩者中找到平衡點。
以上所有測量的總分析時間為1小時20分鐘(17次試驗),包括取樣。微流控可視流變儀*避免了揮發(fā)和干燥風(fēng)險,突破了傳統(tǒng)粘度計由于的粘度精度局限性和測量速度。Fluidicam微流控可視流變儀,是配方工作者*的研究助手。