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液體鋰電池與聚合鋰電池的區別

鉅大LARGE  |  點擊量:1174次  |  2018年05月01日  

摘要
鋰電池電解液是電池中離子傳輸的載體。一般由鋰鹽和有機溶劑組成。電解液在鋰電池正、負極之間起到傳導離子的作用,是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優點的保證。電解液一般由高純度的有機溶劑、電解質鋰鹽、必要的添加劑等原料,在一定條件下、按一定比例配制而成的。

  手機鋰電池大家聽得多,但這玩意又是怎么分類的呢?(下文鋰離子電池簡寫成鋰電)其實在電子產品領域,鋰電池常見的有液體鋰離子電池與聚合物鋰離子兩種。


  手機鋰電池大家聽得多,但這玩意又是怎么分類的呢?(下文鋰離子電池簡寫成鋰電)其實在電子產品領域,鋰電池常見的有液體鋰離子電池與聚合物鋰離子兩種


  *(18650指電池的直徑為18mm,長度為65mm,圓柱體型的電池。雖然市面上的18650大多為液體鋰電,但任何以“聚合物鋰電比18650更安全XX”一類的說法都是錯誤的)


  它們有什么不同?


  首先需要說明的是,兩者的工作原理是一樣的,都是通過鋰離子嵌入、脫嵌的過程實現充放電,其中鋰離子嵌入負電極為充電,鋰離子從負電極脫嵌為放電。


  從上圖我們可以看到,鋰電池包含正極、負極以及電解質(填充在兩級之間的物質)三項最基本的要素,當然這中間還有防止正負極直接接觸的隔膜(當然鋰離子是可以順利通過的,隔膜不好會短路導致爆炸哦~~)


  而液體鋰離子電池與聚合物鋰離子電池之間,最主要的區別是


  1.材料上的不同:聚合物鋰電池中,上述的三項基本要素至少要有一項采用了高分子材料,例如電解質溶液換成了聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等這些稀奇古怪的玩意。


  2.電解質形態上的不同:液態鋰離子電池大多采用液態有機溶劑+導電鹽,而聚合物鋰電池則把這些電解質換成了膠體/固體(具體成分看電池型號)。


  它們各自有啥牛逼的?


  聚合物鋰電/液態鋰電簡單對比


  聚合物鋰電液態鋰電能量密度(Wh/L)>300200~280可定制程度(形狀)靈活較難重量輕(無需金屬保護殼)較重(需要金屬保護殼)安全性安全較安全成本貴便宜


  1.能量密度:能量密度越大,單位體積能擁有的容量更多。聚合物鋰電通過對負極(陽極)、隔膜等材料/厚度的改進,能量密度如今已達600Wh/L+。


  2.可定制程度:聚合物鋰電在形狀上更容易做到輕薄化,加上無需使用金屬保護殼包裹,所以更容易定制成各種形狀。


  3.重量:表格上已經注明了。


  4.安全性:鋰電在極端情況下(例如過充/高溫),內部會發生劇烈的化學反應,產生大量氣體,此時液體鋰電因為有金屬殼的包裹,當內部壓強相當大時外殼就會發生破裂爆炸,而聚合物鋰電由于僅采用包裝鋁膜進行包裹(或塑料殼),只要內部壓強稍高就會膨脹或者破裂,不會引起爆炸。但需要注意的是無論液體鋰電還是聚合物鋰電在極端情況下都能發生燃燒。


  5.成本:除了在材料成本上聚合物鋰電比液體鋰電更高之外,由于聚合物鋰電可定制程度更高,所以在設計、制造的過程中會產生更多的費用,例如各種定制的工裝夾具、測試設備等等,導致聚合物鋰電的成本比形狀標準/規則的液體鋰電更高。


  鋰電池電解液是電池中離子傳輸的載體。一般由鋰鹽和有機溶劑組成。電解液在鋰電池正、負極之間起到傳導離子的作用,是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優點的保證。電解液一般由高純度的有機溶劑、電解質鋰鹽、必要的添加劑等原料,在一定條件下、按一定比例配制而成的。


  1.碳酸乙烯酯:分子式:C3H4O3


  透明無色液體(>35℃),室溫時為結晶固體。沸點:248℃/760mmHg,243-244℃/740mmHg;閃點:160℃;密度:1.3218;折光率:1.4158(50℃);熔點:35-38℃;本品是聚丙烯腈、聚氯乙烯的良好溶劑??捎米骷徔椛系某榻z液;也可直接作為脫除酸性氣體的溶劑及混凝土的添加劑;在醫藥上可用作制藥的組分和原料;還可用作塑料發泡劑及合成潤滑油的穩定劑;在電池工業上,可作為鋰電池電解液的優良溶劑


  2.碳酸丙烯酯分子式:C4H6O3


  無色無氣味,或淡黃色透明液體,溶于水和四氯化碳,與乙醚,丙酮,苯等混溶。是一種優良的極性溶劑。本產品主要用于高分子作業、氣體分離工藝及電化學。特別是用來吸收天然氣、石化廠合成氨原料其中的二氧化碳,還可用作增塑劑、紡絲溶劑、烯烴和芳烴萃取劑等。


  毒理數據:動物實驗經口服或皮膚接觸均未發現中毒.大鼠經口LD50=2,9000mg/kg.


  本品應儲存于陰涼、通風、干燥處,遠離火源,按一般低毒化學品規定儲運。


  3.碳酸二乙酯分子式:C5H10O3


  無色液體,稍有氣味;蒸汽壓1.33kPa/23.8℃;閃點25℃(可燃液體能揮發變成蒸氣,跑入空氣中。溫度升高,揮發加快。當揮發的蒸氣和空氣的混合物與火源接觸能夠閃出火花時,把這種短暫的燃燒過程叫做閃燃,把發生閃燃的最低溫度叫做閃點。閃點越低,引起火災的危險性越大。);熔點-43℃;沸點125.8℃;溶解性:不溶于水,可混溶于醇、酮、酯等多數有機溶劑;密度:相對密度(水=1)1.0;相對密度(空氣=1)4.07;穩定性:穩定;危險標記7(易燃液體);主要用途:用作溶劑及用于有機合成


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  侵入途徑:吸入、食入、經皮吸收。


  健康危害:本品為輕度刺激劑和麻醉劑。吸入后引起頭痛、頭昏、虛弱、惡心、呼吸困難等。液體或高濃度蒸氣有刺激性??诜碳の改c道。皮膚長期反復接觸有刺激性。


 ?、诙纠韺W資料及環境行為


  毒性:估計能通過胃腸道、皮膚和呼吸道進入機體表現為中等度毒性。刺激性比碳酸二甲酯大。


  急性毒性:LD501570mg/kg(大鼠經口);人吸入20mg/L(蒸氣)×10分鐘,流淚及鼻粘膜刺激。


  生殖毒性:倉鼠腹腔11.4mg/kg(孕鼠),有明顯致畸胎作用。


  危險特性:易燃,遇明火、高熱有引起燃燒的危險。其蒸氣比空氣重,能在較低處擴散到相當遠的地方,遇明火會引著回燃。


  燃燒(分解)產物:一氧化碳、二氧化碳。


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  迅速撤離泄漏污染區人員至安全區,并進行隔離,嚴格限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿消防防護服。盡可能切斷泄漏源。防止進入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏:用或其它惰性材料吸收。也可以用不燃性分散劑制成的乳液刷洗,洗液稀釋后放入廢水系統。大量泄漏:構筑圍堤或挖坑收容。用泡沫覆蓋,降低蒸氣災害。用防爆泵轉移至槽車或專用收集器內,回收或運至廢物處理場所處置。


 ?、芊雷o措施


  呼吸系統防護:空氣中濃度較高時,建議佩戴自吸過濾式防毒面具(半面罩)。


  眼睛防護:戴安全防護眼鏡。


  身體防護:穿防靜電工作服。


  手防護:戴橡膠手套。


  其它:工作現場嚴禁吸煙。工作畢,淋浴更衣。注意個人清潔衛生。


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  皮膚接觸:脫去被污染的衣著,用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚。


  眼睛接觸:提起眼瞼,用流動清水或生理鹽水沖洗。就醫。


  吸入:迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。


  食入:飲足量溫水,催吐,就醫。


  滅火方法:噴水冷卻容器,可能的話將容器從火場移至空曠處。滅火劑:泡沫、干粉、二氧化碳、砂土。


  4.碳酸二甲酯:C3H6O3


  (dimethylcarbonate,DMC),是一種無毒、環保性能優異、用途廣泛的化工原料,它是一種重要的有機合成中間體,分子結構中含有羰基、甲基和甲氧基等官能團,具有多種反應性能,在生產中具有使用安全、方便、污染少、容易運輸等特點。由于碳酸二甲酯毒性較小,是一種具有發展前景的“綠色”化工產品,


  DMC具有優良的溶解性能,其熔、沸點范圍窄,表面張力大,粘度低,介質界電常數小,同時具有較高的蒸發溫度和較快的蒸發速度,因此可以作為低毒溶劑用于涂料工業和醫藥行業。從表1可以看出,DMC不僅毒性小,還具有閃點高、蒸汽壓低和空氣中爆炸下限高等特點,因此是集清潔性和安全性于一身的綠色溶劑。


  5.碳酸甲乙酯


  分子量:104.1,密度1.00g/cm3,無色透明液體,沸點107℃,熔點-14℃,是近年來興起的高科技、高附加值的化工產品,一種優良的鋰離子電池電解液的溶劑,是隨著碳酸二甲酯及鋰離子電池產量增大而延伸出的最新產品,由于它同時擁有甲基和乙基,兼有碳酸二甲酯、碳酸二乙酯特性,也是特種香料和中間體的溶劑。由于甲乙基的不平衡性,該產品不穩定,不適宜長期儲存。


  本品應儲存于陰涼、通風、干燥處,按易燃化學品規定儲運


  6.六氟磷酸鋰


  白色結晶或粉末,相對密度1.50。潮解性強;易溶于水、還溶于低濃度甲醇、乙醇、丙酮、碳酸酯類等有機溶劑。暴露空氣中或加熱時分解。暴露空氣中或加熱時六氟磷酸鋰在空氣中由于水蒸氣的作用而迅速分解,放出PF5而產生白色煙霧。


  7.五氟化磷


  五氟化磷(化學式:PF5),是磷鹵化合物,磷原子的氧化數為+5,包含有一個三中心四電子鍵。五氟化磷在常溫常壓下為無色惡臭氣體,其對皮膚、眼睛、粘膜有強烈刺激性。是活性極大的化合物,在潮濕空氣中會劇烈產生有毒和腐蝕性的氟化氫白色煙霧。五氟化磷被用作聚合反應的催化劑。


  國標編號23022


  CAS號7647-19-0


  中文名稱五氟化磷


  英文名稱phosphoruspentafluoride


  別名氟化磷


  分子式PF5外觀與性狀無色、有刺激性惡臭味的氣體,在潮濕空氣中劇烈發煙


  分子量126.0沸點-84.6℃


  熔點-93.8℃溶解性


  密度相對密度(水=1)5.81(氣體);相對密度(空氣=1)4.3穩定性穩定


  危險標記6(有毒氣體,無機劇毒品)主要用途用于發生氣體,并用作聚合反應催化劑


  .①對環境的影響


  一、健康危害


  侵入途徑:吸入。


  健康危害:在潮濕空氣中產生有毒和腐蝕性的氟化氫。本品對皮膚、眼睛、粘膜有強烈刺激作用,吸入后可引起呼吸道炎癥,肺水腫。


  二、毒理學資料及環境行為


  毒性:具刺激性。


  危險特性:在潮濕空氣中產生白色有腐蝕性和刺激性的氟化氫煙霧。在水中分解放出劇毒的腐蝕性氣體。遇堿分解。


  燃燒(分解)產物:氧化磷、磷烷、氟化氫。


 ?、?應急處理處置方法


  一、泄漏應急處理


  迅速撤離泄漏污染區人員至上風處,并立即進行隔離,小泄漏時隔離300米,大泄漏時隔離450米,嚴格限制出入。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防毒服。盡可能切斷泄漏源。合理通風,加速擴散。漏氣容器要妥善處理,修復、檢驗后再用。


  二、防護措施


  呼吸系統防護:可能接觸其蒸氣時,必須佩戴自吸過濾式防毒面具(全面罩)。必要時,佩戴空氣呼吸器。


  眼睛防護:呼吸系統防護中已作防護。


  身體防護:穿膠布防毒衣。


  手防護:戴橡膠手套。


  其它:工作現場嚴禁吸煙。注意個人清潔衛生。


  三、急救措施


  皮膚接觸:脫去被污染的衣著,用大量流動清水沖洗。就醫。


  眼睛接觸:提起眼瞼,用流動清水或生理鹽水沖洗。就醫。


  吸入:迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。


  滅火方法:消防人員必須穿戴全身防火防毒服。切斷氣源。噴水冷卻容器,可能的話將容器從火場移至空曠處。滅火劑:干粉、二氧化碳。


  8.氫氟酸


  本品根據《危險化學品安全管理條例》受公安部門管制。


  無色透明發煙液體。為氟化氫氣體的水溶液。呈弱酸性。有刺激性氣味。與硅和硅化合物反應生成氣態的四氟化硅,但對塑料、石蠟、鉛、金、鉑不起腐蝕作用。能與水和乙醇混溶。相對密度1.298。38.2%的氫氟酸為共沸混合物,共沸點112.2℃。有毒,最小致死量(大鼠,腹腔)25mG/kG。有腐蝕性,能強烈地腐蝕金屬、玻璃和含硅的物體。如吸入蒸氣或接觸皮膚能形成較難愈合的潰瘍。


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  泄漏:迅速撤離泄漏污染區人員至安全區,并進行隔離,嚴格限制出入。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防酸堿工作服。不要直接接觸泄漏物。盡可能切斷泄漏源,防止進入下水道、排洪溝等限制性空間。


  小量泄露:用砂土、干燥石灰或蘇打灰混合。也可用大量水沖洗,洗水稀釋后放入廢水系統。


  大量泄露:構筑圍堤或挖坑收容;用泵轉移至槽車或專用收集器內,回收或運至廢物處理場所處置。


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  燃燒性:不燃


  滅火劑:霧狀水、泡沫。


  滅火注意事項:消防人員必須佩戴氧氣呼吸器、穿全身防護服。


 ?、劬o急處理


  吸入:迅速脫離現場至新鮮空氣處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。


  食入:誤服者用水漱口,給飲牛奶或蛋清。就醫。


  皮膚接觸:立即脫去被污染衣著,用大量流動清水沖洗,至少15分鐘。就醫?;蛘?,立即脫去被污染衣著,用敵腐特靈沖洗,如果是含氟的酸,用六氟靈沖洗。就醫。


  眼睛接觸:立即提起眼瞼,用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘?;蛘哂脭掣仂`洗眼器(如果是含氟的酸,用六氟靈沖洗)就醫。


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  氫氟酸是氟化氫氣體的水溶液,為無色透明至淡黃色冒煙液體。有刺激性氣味。


  具有弱酸性,但濃時的電離度比稀時大而與一般弱電解質有別。腐蝕性強,對牙、骨損害較嚴重。對硅的化合物有強腐蝕性。應在密閉的塑料瓶內保存。


  用HF溶于水而得。用于雕刻玻璃、清洗鑄件上的殘砂、控制發酵、電拋光和清洗腐蝕半導體硅片(與HNO3的混酸)。因為氫原子和氟原子間結合的能力相對較強,使得氫氟酸在水中不能完全電離。[1]


  優勢編輯


  鋰電池主要使用的電解質有高氯酸鋰、[2]六氟磷酸鋰等。但用高氯酸鋰制成的電池低溫效果不好,有爆炸的危險,日本和美國已禁止使用。而用含氟鋰鹽制成的電池性能好,無爆炸危險,適用性強,特別是用六氟磷酸鋰制成的電池,除上述優點外,將來廢棄電池的處理工作相對簡單,對生態環境友好,因此該類電解質的市場前景十分廣泛。


  鋰離子電池:是一種二次電池(充電電池),它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中,Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌:充電時,Li+從正極脫嵌,經過電解質嵌入負極,負極處于富鋰狀態;放電時則相反。


  鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池。手機和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池,通常人們俗稱其為鋰電池。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極,是現代高性能電池的代表。而真正的鋰電池由于危險性大,很少應用于日常電子產品。


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