發(fā)展高性能新型電解質(zhì)是解決傳統(tǒng)鋰離子電池安全性和能量密度不足等問題的重要途徑。液晶具有液體的流動性和晶體的各向異性,可以與鋰鹽混合制備液晶電解質(zhì),通過自組裝形成柱狀相、近晶相或雙連續(xù)立方相等納米偏析結(jié)構(gòu),為Li⁺的傳輸提供高效的離子傳輸通道,在鋰離子電池中具有十分廣闊的應(yīng)用前景。盡管液晶電解質(zhì)在鋰離子電池中的應(yīng)用研究已經(jīng)取得了一些進展,但目前國內(nèi)外尚未有詳細的報道來總結(jié)其發(fā)展現(xiàn)狀。因此,本文通過對相關(guān)文獻的探討,介紹了液晶電解質(zhì)的研究進展,重點描述了Li⁺在非離子型和離子型液晶電解質(zhì)中的離子傳輸機制,同時對應(yīng)用于鋰離子電池體系中的液晶電解質(zhì)的電化學(xué)性能進行了總結(jié)。綜合分析表明,液晶電解質(zhì)可以通過進一步調(diào)控液晶分子的結(jié)構(gòu)以及添加液態(tài)增塑劑等方式來提高其電化學(xué)性能,有望應(yīng)用于高性能的鋰離子電池體系。最后,本文對液晶電解質(zhì)面臨的挑戰(zhàn)和未來可能的發(fā)展趨勢進行了分析與展望。 

【文章來源】：儲能科學(xué)與技術(shù). 2020,9(06)

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

非離子型液晶分子

物質(zhì)在改變外界條件下從晶體向液態(tài)轉(zhuǎn)變時，會先失去位置有序獲得液體的易流動性,但仍保留部分晶態(tài)物質(zhì)具有的各向異性取向的有序排列，形成了一種兼具晶體和液體部分性質(zhì)的中間態(tài)，這種中間態(tài)被稱之為液晶。其中晶體與液晶所特有的各向異性是指液晶的全部或部分化學(xué)、物理等性質(zhì)隨著方向的改變而有所變化，在不同的方向上呈現(xiàn)出差異。而氣體，液體以及非晶態(tài)物質(zhì)則顯示為各向同性，即其化學(xué)與物理性質(zhì)不隨方向的改變而改變。由于液晶的各向異性，其通過自組裝行為形成的柱狀、近晶或雙連續(xù)立方相等液晶納米偏析結(jié)構(gòu)可以提供有序的鋰離子傳輸通道[1]，進而影響電池的電化學(xué)性能(圖1)。目前報道的液晶電解質(zhì)根據(jù)液晶分子的結(jié)構(gòu)類型可以分為非離子型和離子型液晶電解質(zhì)。非離子型液晶電解質(zhì)是由非離子液晶分子和鋰鹽組成的離子絡(luò)合物[2-7]。離子型液晶電解質(zhì)是指電解質(zhì)中含有離子型液晶分子[8-13]。這兩類液晶電解質(zhì)都可以形成柱狀相、近晶相或立方相結(jié)構(gòu)，從而為Li+的傳輸提供一維、二維或三維的離子傳輸通道。一般來說，采用DSC可以確定液晶相的形成溫度，而偏光顯微鏡(polarizing microscope,POM)可以直接觀察到液晶相的形成及其取向結(jié)構(gòu)。其中，在柱狀相中，離子傳導(dǎo)沿著柱狀軸的方向進行傳遞；在近晶相中，離子傳輸發(fā)生在近晶相層內(nèi)；而在立方相中，離子通過形成的有序三維孔道進行傳輸。本文主要介紹液晶分子作為主體的電解質(zhì)材料，對于液晶分子作為添加劑的電解質(zhì)未予以介紹。下文將對兩類液晶電解質(zhì)在鋰離子電池中的應(yīng)用進展進行具體介紹。

此外，Bogdanowicz等[18]首次開發(fā)了以酯基為離子傳輸功能性基團的液晶分子5a-b與Li TFSI混合而成的液晶電解質(zhì)。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)該液晶電解質(zhì)的電化學(xué)窗口約為0～4 V (vs.Li/Li+)，并將其應(yīng)用于Li Co O2/Li4Ti5O12電池體系中，實現(xiàn)了Li+的可逆沉積/溶解。遺憾的是，作者沒有對該液晶電解質(zhì)的液晶相行為及其離子傳輸機制進行詳細研究。圖4 (a) 60°C下Li/LC電解液/LFP電池在2.7～3.8 V (vs Li/Li+)電壓范圍內(nèi)的倍率性能。電解質(zhì)體系為：1/EC(29)、1/EC(16)以及1/EC(8);(b) 25°C下Li/LC電解液/LFP電池在2.7～3.8 V (vs Li/Li+)電壓范圍內(nèi)的倍率性能。電解質(zhì)體系為：1/EC(29)以及1/PC(32)[17]


本文編號：3019623