電解質及隔膜研究
在鋰離子電池中,陰極和陽極通常由含有液體電解質的隔膜分離。另一方面,固體電解質正處于研發階段,其不但在安全性及能量密度方面進行了有意義的提升,同時也節約了成本。
液體電解質
最常用的液體電解質是鋰鹽溶液(LiPF6或LiBF4)中添加粘合劑和添加劑,粘合劑和添加劑的加入增加粘度并減少氣體逸散。液體電解質在充放電過程中會發生降解并釋放氣體,這會導致電池膨脹,同時某些反應產物還會導致電池腐蝕,如分解產物氫氟酸。
牛津儀器無制冷劑X-Pulse核磁共振系統是唯一能在一個系統中完成所有成分(1H,13C, 19F,7Li,31P,11B)測量的臺式核磁共振波譜儀。儀器不但能準確識別和量化HF和LiF等分解產物,同時還可測量擴散系數。
圖1(右): X-Pulse核磁共振系統能夠在現場條件下進行全電解液表征或質量控制。電解質LiPF6反應產物PF6的核磁譜圖。
固體電解質
人們研究了多種可作為鋰離子電池固體電解質的材料。這些材料可以使用金屬鋰做負極,比現有的電池更安全,潛在的能量密度更高。然而,鋰離子在固態電解液中的電導率通常低于液態電解質。通過能譜(EDS)獲得的Li元素面分布圖,可以提供有關材料結構以及任何有害枝晶形成的重要信息。與電導率測量相結合,可有效推動固態電解質性能的研究,并進一步促使全固態電池成為可能。Ultim Extreme能譜儀可以在足夠低的束流下檢測鋰元素,同時不會明顯改變樣品。
圖2:(左)采集前的固態石榴石電解質;(中)利用 Ultim Extreme在2.5k, 100pA條件下采集的元素面分布圖——確定了三種不同的含鋰相;(右)采集后相同的區域,幾乎無損傷
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