2.电解液改性
2.1固态聚合物电解质
PEO因为低玻璃态转变温度和良好的Li盐溶解性,使其非常适合作为固态电解质适用,但是遗憾的是PEO的离子电导率不高,难以适应大电流放电的需求。PEO低离子电导率主要是因为,其在低温下部分结晶,限制了离子迁移速度,其中一种解决方法是引入共聚物,抑制电解质结晶。另外一种方法是向电解质中添加少量的陶瓷颗粒和层状陶土,或者其他介孔颗粒,这些无机颗粒的作用类似于表面塑化剂,能够减少电解质的结晶。例如向PEO8-LiClO4 (8:1)中加如TiO2和Al2O3,当电解质的温度从60℃下降到常温时,能够很好的抑制电解质从无定形状态向结晶状态转变,从而使得电解质的电导率从5′10-8提高到10-5S/cm,迁移数也提高到了0.5-0.6,如下图所示。
2.2玻璃-陶瓷电解质
聚合物电解质的另一个问题是电化学稳定性差,醚键的破坏电势低于4V,这也就限制了正极电势不能高于4V,极大的制约了高电压正极材料的应用。硫化物玻璃陶瓷电解质Li2S-P2S5不仅具有极高的离子电导率(10-2S/cm,25℃,Li7S3P11),还具有宽化学窗口,高Li+迁移数,以及适当的机械性能(杨氏模量可达20GPa),非常适合作为金属锂电池固态电解质使用。
2.3凝胶聚合物基纳米复合材料
在PVDF-HFP薄膜中添加TiO2纳米颗粒,能够抑制PVDF结晶,提高薄膜的离子电导率,同时该隔膜还能降低金属锂负极和聚合物电解质之间的阻抗。
2.4嵌段共聚物
嵌段共聚物是由多种前驱体共同构成,因此嵌段共聚物相比于其他的聚合物拥有更加优异的机械性能。聚苯乙烯-PEO(PS-PEO,LiEO的摩尔比为0.085)材料是一种非常具有吸引力的材料,其离子电导率达到10-3S/cm,90℃下剪切模量仍然高达108Pa,能够有效的抑制锂枝晶的生长。
2.5离子液体和离子液体聚合物电解质
离子液体不挥发,具有很宽的电化学窗口和良好的离子电导率,但是由于离子液体内载流子众多,因此Li+的迁移数较低。如果将离子液体与有机电解液混合适用能够较好的解决这一问题。聚合物离子液体电解质(PILs)也是目前常用的一种电解质,PILs也是聚合物电解质的一种,它在每个重复的单元中加入了一个离子液体的片段,PILs展现出了良好的成膜特性和电化学特性。
2.6塑料晶体
有机离子塑料晶体(OIPCs)具有三维晶体结构,并且在压力下具有一定的流动性,能够有效的改善电池在循环过程中电极和电解液之间的接触,当掺入锂盐后,塑料晶体具有很好的离子电导率。塑料晶体在稍低于熔点时处在相1状态,是其塑性和电导率最好的状态,但是很可惜的是大多数塑料晶体要达到这一状态,都需要在室温以上,但是四乙基二氰氨(「Et4N」「DCA」)在室温下仍然处于相1状态。通过在塑料晶体中掺杂能够将塑料晶体向有序相转变的温度大幅下降。
随着锂离子电池能量密度的不断上升,高容量的金属锂负极就成为了高比能电池的首选,金属锂负极应用的关键是克服锂枝晶的问题,目前人们从金属锂负极表面改性和电解液改性两个方面做了很多工作,有很多工作都是卓有成效的。随着锂枝晶的问题逐渐得到克服,相信金属锂负极将会迎来发展的春天。