電解質在電池中的作用類似于催化劑,其通過促進離子的移動來導電——在充電時離子從正極移動到負極而在放電時反向移動。當電子通過外加電路從一個電極流向另一個電極時,電路閉合并且離子的運動是在電池的內部通過電解質進行的。離子是失去或獲得電子的帶電原子。在電解質中的離子通過不斷的中和電解質中的電荷,而使電子流動。一個電池的電解質可以由水溶性鹽、酸或堿組成。電池電解質包括液體聚合物,凝膠化聚合物和固體聚合物三類,除此之外還包括在鈉硫電池中作為電解液的固體陶瓷和熔鹽。
鉛酸蓄電池中會使用硫酸做電解質溶液。當電池充電時,電解液中酸的濃度會變大而氧化鉛(二氧化鉛)逐漸覆蓋到正極板上。當放電完全時,硫酸鉛成為正極板上的覆蓋物且電解液的大部分變成了水。其中硫酸的比重可以用比重計來測量。 (參見近期將會推出的專題:如何測量充電狀態)。富液密閉式鉛酸電池又稱之為閥控式密封鉛酸電池(VRLA)或者免維護電池。硫酸是有輕微黃色色調的可溶性透明液體,其具有高度腐蝕性。有不同比重(SG)的鉛酸蓄電池:深循環電池使用的致密電解質其比重高達1.330,以此來實現高比能量;動力電池平均的比重約為1.265;穩定電池的比重則較低,約為1.225 ,以此來減少腐蝕并增長電池的使用壽命。
硫酸應用廣泛,可以在各種清潔劑中發現它。同時它也是化學工業中的重要物質,應用在其中的各個方面如礦物加工,化肥生產,石油煉制,廢水處理,以及化學合成等。
注意:硫酸發生皮膚接觸時可引起嚴重損害,并且如果濺到眼睛可能導致永久性失明。食用硫酸會造成不可逆轉的損害。
鎳鎘電池的電解質為堿性電解質(氫氧化鉀)。大部分鎳鎘電池是圓柱形的,其中幾層正負極材料被卷成類似于果凍卷的形狀,可提供高負載電流。富液式鎳鎘電池可用作商用飛機的起動蓄電池。這種電池也在不間斷電源(UPS)中應用,該電池常常需要處在高溫和低溫的環境中循環。由此可見,這些鎳鎘電池雖然比更常用的鉛酸電池昂貴,但它們也更加耐用。
鎳鎘電池常用氫氧化鉀作為電解液,而鎳氫電池也用氫氧化鉀或類似的溶液作為電解液。鎳氫電池中包含Ni、Co、Mn、Al和稀土金屬(也被用于鋰電池),并且其必須是密封制作。
氫氧化鉀化學式是KOH,是一種無機化合物,常稱為苛性鉀。KOH電解液是無色的,廣泛應于用工業領域,比如作為成分添加在軟皂和液皂中(沒有分解KOH就是有害的)。
鋰電池的電解質分為液態電解質,凝膠聚合物電解質和固體聚合物電解質。液態電解質一般由鋰鹽和有機溶劑組成:鋰鹽有LiPF6, LiBF4 或LiClO4;有機溶劑有碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯。混合溶劑比單一溶劑導電率更高可用溫度范圍更廣,從而性能更好。最常見的鹽是LiPF6(六氟酸磷鋰),有時添加別的鹽來減少氣體產生并改善高溫循環性能。
向電解液中加入添加劑,鋰電池會擁有獨特的性質并增加其使用壽命。但是配方一直被嚴格保密,而且每個廠家都有自己的秘密武器。
在鋰電池中,通過向膠體電解質添加各種添加劑來提高導電率。鹽溶于固體介質中就形成了固體聚合物電解質。用于商業的固體聚合物是包含液態電解質的,并被用于制造聚合物電池。固體聚合物電池主要應用在高溫條件下,不過使用并不廣泛。
電解質性能必須穩定,不能影響到電極。但事實并非如此,鋰電池中在負極上形成的鈍化膜被稱為固體電解質界面膜(SEI)。這層膜把負極材料和電解液分離開,并且只讓離子通過,SEI膜是不可逆轉的,SEI膜主要是在第一個循環周期形成,但是它可以穩定系統,起到了延長鋰離子電池壽命的作用,不過會導致電池容量的減少??茖W家致力于阻止SEI膜生長和形成一道屏障阻礙電解液與石墨負極的交換離子。
制造商關注容量的永久性損失和內部阻抗的增加。SEI膜的形成需要幾個周期,而在高溫下進行恒壓小電流充電和靜置,則需要幾個星期才能完成。自放電可以通過測量靜置后的電池的電壓來判斷,自放電過高說明有制造缺陷。形成SEI膜時,在正極上的電解質發生氧化,也會造成永久性的容量損失。電池電壓高于4.10 v 和電池在高溫情況下循環都會加速容量損失。電解液中的添加劑,可以控制SEI膜的形成。SEI膜的形成過程中,這些化學物質會被消耗殆盡。如果可能的話,來做一些測試來測試添加劑的性能。而這些專用添加劑都是商業機密,無論是在類型的選擇上還是具體的用量上都是保密的。
一些非常有益的添加劑則是公開的。例如,碳酸亞乙烯酯(VC)是提高電池循環壽命,特別是在較高的溫度環境下,同時在使用過程中保持內部低電阻。VC也促進穩定的SEI膜的形成且沒有副作用。添加六甲基二硅氮烷可以除掉電解液中的水,從而提高電池的性能。相對近期發現的鄰苯二甲醚,可以防止磷酸鐵鋰電池的過度充電。