1. Nestemäinen elektrolyytti
The selection of electrolytes has a significant impact on the functionality of lithium-ion batteries. It is necessary to have good chemical stability, especially in high potential and temperature environments where differentiation is not easily occurring. It has a high ion conductivity (>10-3S/cm), ja sen on oltava inertti eikä syövytä katodi- ja anoditietoja. Litiumioniakkujen korkean lataus- ja purkauspotentiaalin sekä anodimateriaaliin upotetun kemiallisesti aktiivisen litiumin vuoksi on tarpeen valita elektrolyytteiksi orgaanisia yhdisteitä veden sisältämisen sijaan. Mutta orgaanisten yhdisteiden ioninjohtavuus ei ole hyvä, joten liukoisia johtavia suoloja on lisättävä orgaanisiin liuottimiin ioninjohtavuuden parantamiseksi. Nykyään litiumioniakuissa käytetään pääasiassa nestemäisiä elektrolyyttejä vedettömien orgaanisten liuottimien, kuten EC, PC, DMC, DEC, kanssa, ja enimmäkseen käytetään sekoitettuja liuottimia, kuten EC/DMC ja PC/DMC. Johtavia suoloja ovat LiClO4, LiPF6, LiBF6, LiAsF6 jne. Niiden johtavuus on LiAsF6:n, LiPF6:n, LiClO4:n ja LiBF6:n luokkaa. LiClO4 rajoittuu yleensä kokeellisiin keskusteluihin sen korkean hapettumiskestävyyden ja turvallisuusongelmien, kuten räjähdysten, vuoksi; LiAsF6:lla on korkea ioninjohtavuus, se on helppo puhdistaa ja sillä on hyvä stabiilisuus, mutta se sisältää myrkyllistä As:a, mikä rajoittaa sen käyttöä; LiBF6:lla on huono kemiallinen ja lämpöstabiilisuus ja alhainen johtavuus. Vaikka LiPF6 käy läpi erilaistumisreaktioita, sillä on korkea ioninjohtavuus. Siksi LiPF6:ta käytetään nykyään pääasiassa litiumioniakuissa. Suurin osa kaupallisissa litiumioniakuissa nykyisin käytetyistä elektrolyyteistä käyttää LiPF6 EC/DMC:tä, jolla on korkea ioninjohtavuus ja hyvä sähkökemiallinen stabiilisuus.
2. Kiinteä elektrolyytti
Metallilitiumin suoralla käytöllä anodimateriaalina on suuri palautuva kapasiteetti, jonka teoreettinen kapasiteetti on jopa 3862 mAh · g{1}}, mikä on yli kymmenen kertaa grafiittimateriaalin kapasiteetti, ja sen hinta on myös suhteellisen alhainen. Sitä pidetään houkuttelevimpana anodimateriaalina uuden sukupolven litiumioniakkuissa, mutta dendriittilitiumia saattaa esiintyä. Kiinteiden elektrolyyttien valitseminen ionijohtavuudeksi voi estää dendriittilitiumin kasvua, jolloin metallista litiumia voidaan käyttää anodimateriaalina. Lisäksi kiinteiden elektrolyyttien käyttö voi estää nestemäisen elektrolyytin vuodon, ja akusta voidaan myös tehdä ohuempi (paksuus vain 0,1 mm), korkeampi energiatiheys ja pienempi korkean energian akku. Vauriotestit ovat osoittaneet, että solid-state-litiumioniakuilla on korkea turvallisuustoiminto. Vauriotestien, kuten puhkeamisen, kuumenemisen (200 astetta), oikosulun ja ylilatauksen (600 prosenttia) jälkeen, nestemäisten elektrolyyttilitiumioniakkujen, kuten vuotojen ja räjähdyksen, jälkeen saattaa ilmetä turvallisuusongelmia. Kiinteän olomuodon akuilla ei ole muita turvallisuusongelmia lukuun ottamatta sisälämpötilan lievää nousua ("20 astetta"). Kiinteillä polymeerielektrolyyteillä on hyvä joustavuus, kalvonmuodostusominaisuudet, stabiilius ja alhaisemmat kustannusominaisuudet. Niitä voidaan käyttää erottimina positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä ja elektrolyytteinä ionien siirtoon.
Kiinteä polymeerielektrolyytti voidaan yleensä jakaa kuivaan kiinteään polymeerielektrolyyttiin (SPE) ja geelipolymeerielektrolyyttiin (GPE). Kiinteät SPE-polymeerielektrolyytit perustuvat ensisijaisesti polyeteenioksidiin (PEO), jolla on alhainen ioninjohtavuus ja joka voi saavuttaa vain 10-40cm 100 asteessa. SPE:ssä ionin johtuminen tapahtuu ensisijaisesti amorfisella alueella hyödyntäen polymeeriketjujen liikettä siirtoon ja migraatioon. PEO:n yksinkertainen kiteytyminen johtuu sen molekyyliketjujen suuresta säännöllisyydestä, ja kiteytyminen vähentää ionin johtavuutta. Siksi ioninjohtavuuden parantamiseksi se voidaan saavuttaa toisaalta vähentämällä polymeerin kiteisyyttä ja parantamalla ketjun liikkuvuutta, ja toisaalta se voidaan saavuttaa lisäämällä johtavien suolojen liukoisuutta polymeeriin. Oksastuksen, blokauksen, silloittamisen, kopolymeroinnin ja muiden keinojen käyttö polymeerien kiteytysfunktion vahingoittamiseksi voi merkittävästi parantaa niiden ioninjohtavuutta. Lisäksi epäorgaanisiin komposiittisuoloihin osallistuminen voi myös parantaa ionien johtavuutta. Johtavien suolojen liukoisuutta voidaan parantaa huomattavasti lisäämällä kiinteään polymeerielektrolyyttiin nestemäisiä orgaanisia liuottimia, kuten PC:tä, jolla on korkea dielektrisyysvakio ja pieni suhteellinen molekyylipaino. Muodostunut elektrolyytti on GPE-geelipolymeerielektrolyytti, jolla on korkea ioninjohtavuus huoneenlämpötilassa, mutta joka epäonnistuu nesteen erottumisen vuoksi käytön aikana. Geelipolymeeri-litiumioniakut on kaupallistettu.