纤维素基聚合物固态电解质薄膜研究进展
摘要：锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长、自放电率小、工作温度宽、污染少、无记忆效应等优点，符合人们目前对电池材料的期望，但是液态锂电池在高温下不稳定，具有易燃、漏液等缺点。为了提高锂电池的使用安全性，使用聚合物固态电解质替代液态电解质，在解决液态锂电池漏液易燃问题的同时，聚合物固态电解质还具有比能量大，形状可多变化的优点。而采用纤维素作为主要原料的聚合物电解质更具有来源丰富、可降解、对环境无污染、价格低廉。
关键词：锂离子固态电解质；纤维素基电解质薄膜；PEO固态电解质；聚合物固态电解质薄膜
Abstract：Lithium-ion battery is a kind of significant material as an component of energy storage. Lithium-ion battery has been widely use in consumer electronics products. However, traditional Lithium-ion battery with liquid electrolyte shows some problems such as unstable while working at high temperature with electrolyte leakage and combustible. For enhancing the application safety factor, we plan to replace the liquid electrolyte with cellulose-based polymer solid electrolyte, which demonstrates electrochemical stability, considerable mechanical strength, high specific energy and power density systems. Furthermore, cellulose as one of the natural material, it is degradable, environmentally friendly and cheap with rich source of raw material.
Key Words: cellulose-based; solid electrolyte; polymer solid electrolyte；Lithium-ion battery electrolyte
1.锂离子电池概述及其工作原理
锂离子电池（Lithium-ion Battery，LIB）作为理想的二次储能电池之一，具有工作电压高、循环寿命长、可快速充放电、能量密度大、自放电小、无记忆效应和环境友好等优点，已成为当前主流的移动储能技术，被广泛应用于手机、笔记本电脑和数码相机等便携式3C电子产品。锂离子电池通常为包含有正极、负极、液态电解质、隔膜和电池封装材料的“三明治”结构，其中正负极为能可逆嵌入与脱出锂离子的材料。充放电循环时，Li 在正负极之间来回运动，并可逆地嵌入与脱嵌，所以锂离子电池又被称作“摇椅电池”[1-2]。
图1.锂离子电池工作原理示意图
- 锂离子固态电解质概述
电解质材料是锂离子电池不可或缺的组成部分，在锂离子电池工作过程中，在正极、负极之间起着传输离子和传导电流的作用。性能优良的电解质，是获得长循环寿命、高能量密度、高安全和高功率密度等性能优异锂离子电池的关键所在[3]。与传统液体电解质的相比，固态锂离子电解质在规避了高温下不稳定，电解质泄露易燃的问题的同时还具有更加好的加工性，可以裁剪成任意形状。使得电池设计更加容易、质地更轻巧，同时具有良好的机械强度也使电池具有更好的安全性和持久性。但是固态电解质目前仍然存在电极的体积膨胀、电解质/电极间维持点接触，这使得电解质和电极之间容易产生裂缝和气孔等缺陷，限制了锂离子在界面处的传输。固态电解质目前一般有氧化物固体电解质、硫化物固体电解质、聚合物固体电解质、复合固体电解质[4]。用于锂离子电池的固态电解质一般分为无机固态电解质和聚合物电解质，其中聚合物电解质又可分为全固态聚合物电解质和凝胶将聚合物电解质。
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