1. Υγρός ηλεκτρολύτης
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), και είναι απαραίτητο να είναι αδρανές και να μην διαβρώνει τα δεδομένα καθόδου και ανόδου. Λόγω του υψηλού δυναμικού φόρτισης και εκφόρτισης των μπαταριών ιόντων λιθίου και της παρουσίας χημικά ενεργού λιθίου που είναι ενσωματωμένο στο υλικό της ανόδου, είναι απαραίτητο να επιλέγονται οργανικές ενώσεις ως ηλεκτρολύτες αντί να περιέχουν νερό. Αλλά η ιοντική αγωγιμότητα των οργανικών ενώσεων δεν είναι καλή, επομένως πρέπει να προστεθούν διαλυτά αγώγιμα άλατα σε οργανικούς διαλύτες για τη βελτίωση της ιοντικής αγωγιμότητας. Σήμερα, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούν κυρίως υγρούς ηλεκτρολύτες, με άνυδρους οργανικούς διαλύτες όπως EC, PC, DMC, DEC και χρησιμοποιούν κυρίως μεικτούς διαλύτες όπως EC/DMC και PC/DMC. Τα αγώγιμα άλατα περιλαμβάνουν τα LiClO4, LiPF6, LiBF6, LiAsF6, κ.λπ. Η αγωγιμότητά τους είναι της τάξης των LiAsF6, LiPF6, LiClO4 και LiBF6. Το LiClO4 περιορίζεται γενικά σε πειραματικές συζητήσεις λόγω της υψηλής αντοχής του στην οξείδωση και ζητημάτων ασφάλειας όπως η έκρηξη. Το LiAsF6 έχει υψηλή αγωγιμότητα ιόντων, είναι εύκολο να καθαριστεί και έχει καλή σταθερότητα, αλλά περιέχει τοξικό As, το οποίο περιορίζει τη χρήση του. Το LiBF6 έχει κακή χημική και θερμική σταθερότητα και χαμηλή αγωγιμότητα. Αν και το LiPF6 υφίσταται αντιδράσεις διαφοροποίησης, έχει υψηλή αγωγιμότητα ιόντων. Επομένως, το LiPF6 χρησιμοποιείται πλέον κυρίως σε μπαταρίες ιόντων λιθίου. Οι περισσότεροι από τους ηλεκτρολύτες που χρησιμοποιούνται στις εμπορικές μπαταρίες ιόντων λιθίου σήμερα χρησιμοποιούν LiPF6 EC/DMC, το οποίο έχει υψηλή αγωγιμότητα ιόντων και καλή ηλεκτροχημική σταθερότητα.
2. Στερεός ηλεκτρολύτης
Η άμεση χρήση μεταλλικού λιθίου ως υλικό ανόδου έχει υψηλή αναστρέψιμη χωρητικότητα, με θεωρητική χωρητικότητα έως και 3862 mAh · g-1, που είναι πάνω από δέκα φορές μεγαλύτερη από αυτή του υλικού γραφίτη, και η τιμή του είναι επίσης σχετικά χαμηλή. Θεωρείται το πιο ελκυστικό υλικό ανόδου για τη νέα γενιά μπαταριών ιόντων λιθίου, αλλά μπορεί να εμφανιστεί δενδρίτης λιθίου. Η επιλογή στερεών ηλεκτρολυτών ως αγωγιμότητας ιόντων μπορεί να αναστείλει την ανάπτυξη του δενδριτικού λιθίου, καθιστώντας δυνατή τη χρήση του μεταλλικού λιθίου ως υλικό ανόδου. Επιπλέον, η χρήση στερεών ηλεκτρολυτών μπορεί να αποτρέψει το ελάττωμα της διαρροής υγρού ηλεκτρολύτη και η μπαταρία μπορεί επίσης να γίνει πιο λεπτή (πάχος μόνο 0.1 mm), υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και μικρότερη μπαταρία υψηλής ενέργειας. Οι δοκιμές ζημιών έδειξαν ότι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου στερεάς κατάστασης έχουν υψηλές λειτουργίες ασφαλείας. Μετά από δοκιμές ζημιάς όπως διάτρηση, θέρμανση (200 μοίρες ), βραχυκύκλωμα και υπερφόρτιση (600 τοις εκατό ), οι μπαταρίες ιόντων λιθίου υγρού ηλεκτρολύτη ενδέχεται να αντιμετωπίσουν προβλήματα ασφαλείας όπως διαρροή και έκρηξη. Οι ηλεκτρολύτες στερεού πολυμερούς έχουν καλή ευκαμψία, ιδιότητες σχηματισμού φιλμ, σταθερότητα και χαρακτηριστικά χαμηλότερου κόστους. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως διαχωριστές μεταξύ θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων και ως ηλεκτρολύτες για τη μεταφορά ιόντων.
Ο στερεός πολυμερής ηλεκτρολύτης μπορεί γενικά να χωριστεί σε ξηρό στερεό πολυμερή ηλεκτρολύτη (SPE) και σε ηλεκτρολύτη πολυμερούς γέλης (GPE). Οι ηλεκτρολύτες στερεού πολυμερούς SPE βασίζονται κυρίως σε οξείδιο πολυαιθυλενίου (PEO), το οποίο έχει χαμηλή αγωγιμότητα ιόντων και μπορεί να φτάσει μόνο τα 10-40cm στους 100 βαθμούς . Στο SPE, η αγωγιμότητα των ιόντων εμφανίζεται κυρίως στην άμορφη περιοχή, χρησιμοποιώντας την κίνηση των πολυμερών αλυσίδων για μεταφορά και μετανάστευση. Η απλή κρυστάλλωση του PEO οφείλεται στην υψηλή κανονικότητα των μοριακών αλυσίδων του και η κρυστάλλωση θα μειώσει την αγωγιμότητα των ιόντων. Επομένως, προκειμένου να βελτιωθεί η αγωγιμότητα των ιόντων, αφενός, μπορεί να επιτευχθεί με μείωση της κρυσταλλικότητας του πολυμερούς και βελτίωση της κινητικότητας της αλυσίδας, και αφετέρου, μπορεί να επιτευχθεί με αύξηση της διαλυτότητας των αγώγιμων αλάτων στο πολυμερές. Η χρήση εμβολιασμού, αποκλεισμού, διασύνδεσης, συμπολυμερισμού και άλλων μέσων για την καταστροφή της λειτουργίας κρυστάλλωσης των πολυμερών μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ιοντική αγωγιμότητά τους. Επιπλέον, η συμμετοχή σε ανόργανα σύνθετα άλατα μπορεί επίσης να βελτιώσει την αγωγιμότητα των ιόντων. Η διαλυτότητα των αγώγιμων αλάτων μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά με την προσθήκη υγρών οργανικών διαλυτών όπως PC με υψηλή διηλεκτρική σταθερά και χαμηλό σχετικό μοριακό βάρος σε στερεό πολυμερή ηλεκτρολύτη. Ο ηλεκτρολύτης που σχηματίζεται είναι ηλεκτρολύτης πολυμερούς γέλης GPE, ο οποίος έχει υψηλή ιοντική αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά θα αποτύχει λόγω διαχωρισμού υγρών κατά τη λειτουργία. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου πολυμερούς gel έχουν κυκλοφορήσει στο εμπόριο.