L-ewwel, elettrolit tal-batterija tal-jone tal-litju
L-elettrolit huwa wieħed mill-erba ’materjali ewlenin għall-batteriji tal-jone tal-litju. Id-demm tal-batteriji tal-jone tal-litju huwa l-garanzija għall-enerġija ta 'vultaġġ għoli u ta' enerġija għolja tal-batteriji tal-jone tal-litju. L-elettrolit huwa magħmul prinċipalment minn solvent organiku ta ’purità għolja, melħ tal-litju tal-elettrolit, u materja prima ta’ addittiv neċessarju, u huwa ppreparat skond ċertu proporzjon taħt ċerti kondizzjonijiet.
1.1 solvent organiku
Is-solvent organiku huwa ġeneralment imħallat ma 'solvent kostanti dielettriku għoli f'solvent ta' viskożità baxxa. Imluħa tal-litju tal-elettroliti użati komunement huma l-perklorat tal-potassju, l-eżafluworofosfat tal-potassju, it-tetrafluworoborat tal-potassju, eċċ., Minħabba l-ispejjeż, is-sigurtà u affarijiet simili, l-eżafluworofosfat tal-potassju Huwa l-elettrolit ewlieni użat fil-batteriji kummerċjali tal-jone tal-litju.
Solventi organiċi wżati komunement fl-elettroliti tal-batterija tal-jone tal-litju huma l-etilin karbonat (KE) diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), propylene carbonate (PC), acrylic acid B. Ester (EA), methyl akrilat (MA), u simili. Is-solvent organiku għandu jkun ikkontrollat strettament qabel l-użu. Il-purità tas-solvent hija relatata mill-qrib mal-vultaġġ stabbli. L-umdità tas-solvent organiku għandha rwol deċiżiv fil-formulazzjoni tal-elettrolit kwalifikat. It-tnaqqis ta 'l-ilma għal taħt l-10-6 jista' jnaqqas id-dekompożizzjoni tal-lithium hexafluorophosphate, inaqqas id-dekompożizzjoni tal-film SEI, u jipprevjeni ż-żieda fil-gass. Il-kontenut ta 'umdità jista' jinkiseb permezz ta 'assorbiment ta' għarbiel molekulari, distillazzjoni atmosferika jew vakwu, u bl-introduzzjoni ta 'gass inert. Sabiex tinkiseb soluzzjoni b'konduttività jonika għolja sabiex joni tal-litju jiċċaqilqu malajr hemmhekk, is-solvent huwa ġeneralment materjal imħallat bħal ethylene carbonate (KE) + dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (KE) + diethyl carbonate. Ester (DEC).
1.2 melħ tal-litju tal-elettrolit
Il-melħ tal-litju tal-elettroliti jammonta għall-akbar spiża tal-elettrolit, li jammonta għal madwar 40% tal-ispiża tal-elettrolit. LiPF6 huwa l-melħ tal-elettrolit tal-litju l-iktar użat komunement, li huwa stabbli għall-elettrodu negattiv, għandu konduttività elettrika għolja, kapaċità kbira ta 'ħruġ, reżistenza interna żgħira, u veloċità ta' ċarġ veloċi u ta 'ħruġ. Madankollu, huwa sensittiv għall-umdità u l-HF, u r-reazzjoni tiegħu għandha ssir f'atmosfera niexfa (bħal kaxxa tal-ingwanta). Mhux reżistenti għal temperaturi għoljin, u r-reazzjoni ta 'dekompożizzjoni sseħħ f'temperatura ta' 80 ° C sa 100 ° C biex tifforma phosphorus pentafluoride u lithium fluoride. . Meta wieħed iqis l-ispejjeż, is-sikurezza u aspetti oħra, il-lithium hexafluorophosphate għandu l-vantaġġi ta 'konduttività jonika eċċellenti, stabbiltà superjuri tal-ossidazzjoni u tniġġis ambjentali baxx. Bħalissa huwa l-elettrolit tal-batterija tal-jone tal-litju preferut u jintuża wkoll fil-batteriji kummerċjali tal-jone tal-litju. L-elettrolit prinċipali. Barra minn hekk, LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI u serje oħra ta 'sistemi ta' elettroliti tal-melħ tal-litju b'sigurtà għolja u prestazzjoni tajba taċ-ċiklu ġibdu l-attenzjoni.
1.2.1 Litjużafluworofosfat
Fil-preżent, ir-riċerka relatata dwar il-proċess ta 'preparazzjoni ta' LiPF6 hija prinċipalment maqsuma f'żewġ kategoriji: metodu ta 'solvent HF u metodu ta' skambju ta 'joni. L-HF? Il-metodu tas-solvent huwa l-iktar metodu tradizzjonali għall-preparazzjoni tal-LiPF6 billi tħoll il-LiF f'solvent HF u mbagħad tintroduċi direttament sustanza li jkun fiha l-fosfru jew il-fluworin, u tevapora jew tkessaħ il-kristall wara r-reazzjoni biex tikseb prodott finali. Il-metodu huwa l-metodu ewlieni ta 'tagħmir industrijali, u l-LiPF6 ippreparat għandu purità għolja u kwalità tajba, u huwa adattat għal domanda tal-produzzjoni ta' batteriji tal-litju ta 'livell għoli. Madankollu, il-proċess ta 'preparazzjoni għandu domanda għolja għal tagħmir u tħaddim, u l-HF li jibqa' f'LiPF6 għandu influwenza kbira fuq il-prestazzjoni tal-batterija.
Metodu ewlieni ieħor ta ’produzzjoni għal-LiPF6 huwa l-metodu ta’ skambju tal-qastan. Jirreferi għal metodu ta 'skambju joniku ta' eżafluworofosfat ma 'kompost li fih il-litju f'solvent organiku biex jinkiseb LiPF6. Il-karatteristika prinċipali tal-metodu ta 'skambju ta' joni hija li hija sempliċi u faċli, iżda l-problema tal-purità tal-LiPF6 tillimita l-applikazzjoni wiesgħa tagħha.
1.2.2 Melħ tal-litju ġdid
Fil-preżent, serje ta 'sistemi ta' elettroliti tal-melħ tal-litju b'sigurtà għolja u prestazzjoni tajba taċ-ċiklu ġibdu l-attenzjoni. Meta mqabbel mal-melħ tal-litju tal-elettrolit tradizzjonali LiPF6, għalkemm l-abbiltà komprensiva ma tistax tikkompeti mal-LiPF6, għandhom vantaġġi ovvji f'aspetti differenti, bħal, LiBOB? għandha stabbiltà elettrokimika tajba u stabbilità termali, tista ’tirreaġixxi ma’ solventi speċifiċi biex tifforma “SEI” stabbli? membrana, li tista ’titnaqqas wara ċikli ripetuti ta’ enerġija. LiFSI huwa elettrolit tal-batterija tal-litju bi prestazzjoni eċċellenti. Għandu konduttività eċċellenti u kompatibilità tajba mal-materjali ta 'l-elettrodu. LiBF4 għandu stabbiltà kimika u termali aħjar mill-LiPF6, u l-prestazzjoni tas-sigurtà tiegħu hija iktar notevoli. Madankollu, numru kbir ta 'dejta sperimentali juru li dejjem hemm xi determinazzjonijiet li ma jistgħux jiġu evitati bl-użu ta' melħ tal-litju wieħed. Pereżempju, LiFSI huwa faċli li tikkawża korrużjoni tal-aluminju. LiBF4 għandu raġġ relattivament żgħir ta 'anjoni, interazzjoni qawwija ma' joni tal-litju, u konduttività dgħajfa. Huwa inferjuri fil-prestazzjoni bħala batterija tal-jone tal-litju għall-użu bħala melħ tal-litju tal-elettrolit waħdu. Għalhekk, imluħa tal-litju ta 'strutturi differenti u strutturi differenti huma komposti, sabiex l-elettrolit kompost juri proprjetajiet eċċellenti li ma għandhomx l-elettroliti sempliċi, u b'hekk itejbu l-prestazzjoni ta' l-elettroliti f'diversi aspetti.
1.2.3 Vantaġġi u żvantaġġi ta 'diversi melħ tal-litju
LiBF4: Prestazzjoni f'temperatura baxxa hija aħjar, imma tiswa ħafna u inqas tinħall;
LiPF6: Il-prestazzjoni komprensiva hija aħjar, u l-iżvantaġġ huwa l-assorbiment u l-idroliżi tal-ilma faċli;
LiBOB: rendiment f'temperatura għolja huwa aħjar, speċjalment li jinibixxi l-ħsara ta ’inserzjoni tas-solvent lill-elettrodu negattiv, imma s-solubbiltà hija baxxa wisq;
LiFSI: mhux biss favur l-ambjent, iżda għandu wkoll stabbilità termali tajba, sensittività għall-umdità, u konduttività elettrika;
LiPF2: Ittejjeb il-prestazzjoni taċ-ċiklu ta 'temperatura għolja u l-prestazzjoni tal-ħażna, prestazzjoni tal-ħruġ f'temperatura baxxa, u protezzjoni żejda u prestazzjoni tal-kapaċità bbilanċjata tal-batteriji tal-litju;
LiTFSI: stabbilità elettrokimika tajba, konduttività jonika għolja, stabbilità termali tajba, u diffiċli biex tidrolizza;
LiTDI: Għandu numru għoli ħafna ta 'migrazzjoni tal-jone tal-litju, inaqqas l-ammont ta' melħ tal-litju u jnaqqas l-ispiża tal-batterija.
1.3.1 Addittivi
Hemm ħafna tipi ta 'addittivi, u manifatturi differenti ta' batteriji tal-jone tal-litju għandhom rekwiżiti differenti dwar l-użu u l-prestazzjoni tal-batterija, u l-fokus tal-addittivi magħżula huwa wkoll differenti. B'mod ġenerali, l-addittivi użati prinċipalment għandhom l-effetti li ġejjin:
(1) Addittiv li jifforma l-film
Addittivi inorganiċi li jiffurmaw film: molekuli żgħar bħal SO2, CO2, u CO jistgħu jippromwovu l-formazzjoni ta 'film tal-passivazzjoni, u ż-żieda ta' alid bħal LiI jew LiBr tista 'wkoll ittejjeb il-film tal-passivazzjoni.
Addittivi organiċi li jifformaw film: komposti organiċi fluworinati, klorinati u brominati bħall-anisole jew id-derivattivi aloġenati tiegħu jistgħu jtejbu l-prestazzjoni taċ-ċiklu tal-batterija u jnaqqsu t-telf ta 'kapaċità irriversibbli tal-batterija. Fost dawn, il-vinylene carbonate (VC) huwa addittiv tajjeb ħafna li jifforma l-film.
(2) it-tnaqqis ta 'traċċi ta' ilma u addittivi ta 'aċidu HF fl-elettrolit
Il-kompost tal-carbodiimide jista 'jipprevjeni l-idroliżi ta' LiPF6 għal aċidu. Barra minn hekk, xi ossidi tal-metall bħal Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 u affarijiet simili huma wżati biex ineħħu l-HF.
(3) Il-prevenzjoni ta ’addittivi żejda u ta’ skariki żejda
Komposti bħal amini u imini organiċi, bifenili, u karbażoli huma wżati bħala addittivi biex jevitaw il-ħlas żejjed u l-ħruġ eċċessiv.
(4) Addittivi li jirreżistu n-nar
Komposti ta 'organofosforu bħal tetrapropoxysilane (TPOS), tetramethoxysilane (TMOS), komposti organofluworini, u fosfati aloġenati ta' l-alkil huma wżati bħala addittivi li jirreżistu n-nirien f'komposti ta 'flash point ta' togħlija għolja u fjammabbli.
(5) Ittejjeb l-addittivi ta 'prestazzjoni f'temperatura baxxa
N, N-dimethyltrifluoroacetamide, boride organiku, karbonat li fih il-fluworin u viskożità baxxa oħra, punt għoli ta 'fjammabbiltà huwa ta' benefiċċju għat-titjib tal-prestazzjoni f'temperatura baxxa tal-batterija.
(6) Addittivi multifunzjonali
Wara li 12-crown-4 ġie miżjud mas-solvent tal-PC, il-film SEI fl-interface ta 'l-elettrodu ġie ottimizzat biex inaqqas l-ewwel telf ta' kapaċità irriversibbli ta 'l-elettrodu. Iż-żieda ta 'solventi organiċi fluworinati u fosfati aloġenati bħal BTE u TTFP ma' l-elettrolit mhux biss tikkontribwixxi għall-formazzjoni ta 'film SEI eċċellenti, imma għandha wkoll ċertu jew saħansitra ritardanza tal-fjamma sinifikanti għall-elettrolit.