液態鋰離子電池中電解液體系為鋰離子在正負極之間傳輸提供通道。傳統液態鋰離子電池,構成部分有正極、負極、電解液、隔膜。正、負極材料是能夠可逆嵌入和脫出鋰離子的化合物,同時保證在脫嵌過程中保持結構穩定。正極材料提供鋰離子,很大程度上決定電池能量密度,負極材料作為鋰的載體。電解液起到的作用是具備離子導電性,作為正負極之間傳輸鋰離子的通道。隔膜作為電子絕緣體,起到隔離正負極,防止電池短路的作用,同時隔膜具有微孔結構,為電解液和鋰離子正常穿梭提供通道。液態鋰離子電池的工作原理是鋰離子隨著充放電過程的進行,在正負極間的電解質中來回穿梭,并可逆地在電極上脫嵌,電子在外電路中傳遞,形成充放電電流。
固態鋰電池采用固體電解質替代電解液和隔膜。一方面,固體電解質具備離子導電性,能夠替代傳統電解液,起到在正負極之間傳輸鋰離子的作用;另一方面,固體電解質同時具備電子絕緣性,可以替代隔膜,隔絕正負極,防止短路。此外,根據負極材料的不同,又可以分為固態鋰離子電池和固態金屬鋰電池,前者負極材料主要是石墨基、硅碳材料等可以嵌鋰的材料,后者負極材料主要是指金屬鋰。
溶劑具有易揮發、低閃點的特點,導致電解液的易燃性。液態鋰離子電池采用的基本都是碳酸酯溶劑,主流溶劑有碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)等,基本都有揮發性強、閃點低的特點。在較高溫度下易燃易爆,有一定毒性(碳酸酯溶劑有一定的致癌性),同時液體狀態在暴力沖擊下容易漏液。電解液溶劑的性質,決定了一般常規鋰電池長時間工作溫度需要低于 55℃-60℃,即使是采用特殊配方的高溫電解液,使用溫度一般也不超過 65℃。
負極表面容易形成枝晶,刺穿隔膜,造成正負極短路,導致電池起火。液態鋰離子電池普遍采用石墨作為負極,當負極表面不均勻時,在多次充放電循環過程中容易導致多余的鋰在負極表面富集堆積,形成樹枝狀的鋰枝晶。鋰枝晶生長到一定的程度,可能刺穿具有微孔結構的隔膜,連接到正極極片,造成正負極短路。另一方面,新暴露在電解液中的鋰枝晶會不斷被電解液腐蝕,消耗電解液,降低電池循環壽命和容量。
液態鋰電池在 3C、動力電池等領域頻繁發生起火爆炸等安全事故。由于液態鋰電池具備以上因素帶來的安全隱患,小到手機、筆記本電腦等 3C 電池,大到動力電池,均出現過起火爆炸等安全事故。主要引起安全事故的原因有過充、不恰當使用等導致電池溫度過高,受到外部猛烈的碰撞、擠壓導致電解液外溢,電池內部短路導致起火,電池脹氣、電解液外溢等。