1. Chất điện phân lỏng
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) và cần trơ và không ăn mòn dữ liệu cực âm và cực dương. Do khả năng sạc và xả cao của pin lithium-ion và sự hiện diện của lithium hoạt tính hóa học được nhúng trong vật liệu cực dương, cần phải chọn các hợp chất hữu cơ làm chất điện phân thay vì chứa nước. Nhưng độ dẫn ion của các hợp chất hữu cơ không tốt, do đó, muối dẫn điện hòa tan cần được thêm vào trong dung môi hữu cơ để cải thiện độ dẫn ion. Hiện nay, pin lithium-ion chủ yếu sử dụng chất điện phân lỏng, với dung môi hữu cơ khan như EC, PC, DMC, DEC và chủ yếu sử dụng dung môi hỗn hợp như EC/DMC và PC/DMC. Các muối dẫn điện bao gồm LiClO4, LiPF6, LiBF6, LiAsF6, v.v. Độ dẫn điện của chúng theo thứ tự là LiAsF6, LiPF6, LiClO4 và LiBF6. LiClO4 thường được giới hạn trong các cuộc thảo luận thử nghiệm do khả năng chống oxy hóa cao và các vấn đề an toàn như cháy nổ; LiAsF6 có độ dẫn ion cao, dễ tinh chế, ổn định tốt nhưng chứa As độc nên hạn chế sử dụng; LiBF6 có tính ổn định hóa học và nhiệt kém và độ dẫn điện thấp. Mặc dù LiPF6 trải qua các phản ứng phân biệt, nhưng nó có độ dẫn ion cao. Do đó, LiPF6 hiện chủ yếu được sử dụng trong pin lithium-ion. Hầu hết các chất điện phân được sử dụng trong pin lithium-ion thương mại hiện nay đều sử dụng LiPF6 EC/DMC, có độ dẫn ion cao và độ ổn định điện hóa tốt.
2. Chất điện phân rắn
Việc sử dụng trực tiếp lithium kim loại làm vật liệu cực dương có khả năng đảo ngược cao, với dung lượng lý thuyết lên tới 3862mAh · g-1, gấp hơn mười lần so với vật liệu than chì và giá của nó cũng tương đối thấp. Nó được coi là vật liệu cực dương hấp dẫn nhất cho thế hệ pin lithium-ion mới, nhưng lithium dendrite có thể xảy ra. Việc chọn chất điện phân rắn làm chất dẫn ion có thể ức chế sự phát triển của liti đuôi gai, khiến cho liti kim loại có thể được sử dụng làm vật liệu cực dương. Ngoài ra, việc sử dụng chất điện phân rắn có thể ngăn ngừa lỗi rò rỉ chất điện phân lỏng và pin cũng có thể được chế tạo thành mỏng hơn (độ dày chỉ 0.1mm), mật độ năng lượng cao hơn và pin năng lượng cao nhỏ hơn. Các thử nghiệm hư hỏng đã chỉ ra rằng pin lithium-ion thể rắn có chức năng an toàn cao. Sau các thử nghiệm hư hỏng như đâm thủng, làm nóng (200 độ ), đoản mạch và sạc quá mức (600 phần trăm ), pin lithium-ion điện phân lỏng có thể gặp các vấn đề về an toàn như rò rỉ và nổ, Pin thể rắn không gặp vấn đề về an toàn nào khác ngoại trừ nhiệt độ bên trong tăng nhẹ ("20 độ"). Chất điện phân polymer rắn có tính linh hoạt tốt, đặc tính tạo màng, ổn định và đặc tính chi phí thấp hơn. Chúng có thể được sử dụng làm chất phân tách giữa các điện cực dương và âm và làm chất điện phân để truyền ion.
Chất điện phân polyme rắn nói chung có thể được chia thành chất điện phân polyme rắn khô (SPE) và chất điện phân polyme dạng gel (GPE). Chất điện phân polyme rắn SPE chủ yếu dựa trên polyetylen oxit (PEO), có độ dẫn ion thấp và chỉ có thể đạt tới 10-40cm ở 100 độ . Trong SPE, sự dẫn ion chủ yếu xảy ra ở vùng vô định hình, sử dụng chuyển động của chuỗi polyme để truyền và di chuyển. Sự kết tinh đơn giản của PEO là do tính đều đặn cao của các chuỗi phân tử của nó và quá trình kết tinh sẽ làm giảm độ dẫn ion. Do đó, để cải thiện độ dẫn ion, một mặt có thể đạt được bằng cách giảm độ kết tinh của polyme và cải thiện tính linh động của chuỗi, mặt khác, có thể đạt được bằng cách tăng độ hòa tan của muối dẫn điện trong polyme. Việc sử dụng ghép, chặn, liên kết ngang, đồng trùng hợp và các phương tiện khác để làm hỏng chức năng kết tinh của polyme có thể cải thiện đáng kể độ dẫn ion của chúng. Ngoài ra, tham gia vào muối tổng hợp vô cơ cũng có thể cải thiện độ dẫn ion. Độ hòa tan của muối dẫn điện có thể được cải thiện đáng kể bằng cách thêm dung môi hữu cơ lỏng như PC có hằng số điện môi cao và trọng lượng phân tử tương đối thấp vào chất điện phân polymer rắn. Chất điện phân được tạo thành là chất điện phân polyme dạng gel GPE, có độ dẫn ion cao ở nhiệt độ phòng, nhưng sẽ bị hỏng do tách chất lỏng trong quá trình vận hành. Pin lithium-ion gel polymer đã được thương mại hóa.