Kini electrolyte ninu batiri litiumu kan?
elekitiroti
Electrolyte ti o wa ninu batiri lithium{0} ion jẹ ti ngbe awọn ions ninu batiri naa. Ni gbogbogboo ni awọn iyọ lithium, awọn ohun mimu Organic, ati awọn afikun, gẹgẹ bi a ṣe han ni Nọmba 7-4. Electrolyte n ṣe ipa to ṣe pataki ni ṣiṣe awọn ions laarin awọn elekitirodu rere ati odi ti batiri lithium{5}}, aridaju awọn anfani rẹ gẹgẹbi foliteji giga ati agbara pataki kan pato. Electrolytes ti wa ni deede pese sile labẹ awọn ipo kan pato ati ni awọn ipin kan pato lati giga{8}} awọn nkanmimu Organic mimọ, iyọ lithium, ati awọn afikun pataki. Lakoko ti awọn ohun elo elekiturodu pinnu iwuwo agbara batiri, elekitiroti ni ipilẹṣẹ pinnu igbesi aye ọmọ rẹ, iṣẹ ṣiṣe iwọn otutu giga ati kekere, ati ailewu. Awọn ipilẹ tiwqn ti awọn electrolyte si maa wa jo ko yipada; ĭdàsĭlẹ nipataki wa ni idagbasoke awọn iyọ litiumu aramada ati awọn afikun, bakanna bi oye ti o jinlẹ ti awọn ilana kemikali interfacial ati awọn ilana ti o kan ninu awọn batiri litiumu-ion.
Ọpọlọpọ awọn iyọ lithium ni o wa, gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 7{1}}5, ṣugbọn diẹ diẹ ni a lo ninu awọn batiri lithium-ion ti o wa ni iṣowo. Iyọ litiumu pipe yẹ ki o ni awọn ohun-ini wọnyi:
1) alefa ẹgbẹ kekere, ni imurasilẹ tiotuka ni awọn nkan ti o nfo Organic, aridaju iṣesi ionic giga ti elekitiroti.
2) Anions pẹlu antioxidant ati idinku resistance; awọn ọja idinku dẹrọ idasile ti iduroṣinṣin, kekere fiimu SEI resistance.
3) Iduroṣinṣin kemikali ti o dara, laisi nfa awọn aati ẹgbẹ ipalara pẹlu awọn ohun elo elekiturodu, awọn elekitiroti, tabi awọn iyapa.
4) Ilana igbaradi ti o rọrun, iye owo kekere, kii ṣe -majele ati idoti - ọfẹ.
LiPF6 jẹ iyọ litiumu ti a lo julọ. Lakoko ti awọn ohun-ini ẹni kọọkan kii ṣe iyalẹnu julọ rẹ, o ṣafihan iṣẹ ṣiṣe gbogbogbo ti o dara julọ ni awọn elekitiroti olomi ti o dapọ mọ kaboneti. LiPF6 ni awọn anfani bọtini wọnyi:
1) Solubility to dara ati ionic conductivity ga ni awọn ti kii -olomi olomi.
2) O le fẹlẹfẹlẹ kan ti idurosinsin pasivation fiimu lori dada ti aluminiomu bankanje lọwọlọwọ-odè.
3) O synergistically fọọmu kan idurosinsin SEI fiimu lori lẹẹdi elekiturodu dada pẹlu kaboneti olomi.
Sibẹsibẹ, LiPF6 ko ni iduroṣinṣin igbona ati pe o ni itara si awọn aati jijẹ. Awọn ọja ọja le ba fiimu SEI jẹ lori dada elekiturodu, tu awọn paati ti nṣiṣe lọwọ elekiturodu rere, ati yori si ibajẹ agbara lakoko gigun kẹkẹ.
LiBF tun jẹ aropọ iyọ litiumu ti o wọpọ. Ti a fiwera si LiPF6, LiBF ni iwọn otutu ti n ṣiṣẹ ni iwọn, ti o ga julọ{2}}iduroṣinṣin iwọn otutu, ati iṣẹ ṣiṣe iwọn otutu kekere-. LiBF ni iṣe adaṣe giga, ferese elekitirokemika jakejado, ati iduroṣinṣin igbona to dara. Anfani ti o tobi julọ wa ninu fiimu rẹ- awọn ohun-ini ti o ṣẹda, nitori o le kopa taara ninu idasile fiimu SEI naa.
Ni igbekalẹ, LiDFOB jẹ idaji - awọn moleku LiBOB ati LiBF, ni apapọ awọn anfani ti fiimu to dara{1}}awọn ohun-ini LiBOB ti o dara ati didara kekere{2}iṣẹ iwọn otutu ti LiBF4. Ti a ṣe afiwe pẹlu LiBOB, LiDFOB ni solubility ti o ga julọ ni awọn ohun elo kaboneti laini ati adaṣe elekitiroti giga. O ga{5}}iwọn otutu ati kekere{6}Iṣe iwọn otutu dara ju LiPF4 lọ, ati pe o ni ibamu to dara pẹlu cathode batiri, ti o n ṣe fiimu passivation lori oju ilẹ bankanje aluminiomu ati idilọwọ awọn ifoyina electrolyte.
Awọn ẹgbẹ CF₃SO₂ ti o wa ninu eto LiTFSI ni elekitironi to lagbara{0}ipa yiyọ kuro, eyi ti o mu ilọkuro ti idiyele odi pọ si ati dinku isọdọkan ẹgbẹ ion, ti o fa iyọrisi gaan ti iyọ. Siwaju si, LiTFSI ni o ni ga itanna elekitiriki, a ga gbona jijẹ otutu otutu, ati ki o jẹ ko ni rọọrun hydrolyzed; sibẹsibẹ, o yoo ṣofintoto ba aluminiomu lọwọlọwọ-odè ni awọn foliteji loke 3.7V.
Awọn ọta fluorine ti o wa ninu moleku LiFSI ni elekitironi ti o lagbara - awọn ohun-ini yiyọ kuro, eyiti o sọ idiyele odi lori N, ti o mu abajade ion alailagbara ati iyapa Li+ ni irọrun, nitorinaa yori si adaṣe giga.
LiPO2F2 ṣe afihan iṣẹ kekere ti o dara{2} ati pe o tun ṣe ilọsiwaju iṣẹ giga{3} ti elekitiroti. Gẹgẹbi afikun, o le ṣe fiimu SEI ti o ni ọlọrọ ni LixPOyFz ati LiF lori dada elekiturodu odi, eyiti o ṣe iranlọwọ lati dinku impedance interfacial batiri ati ilọsiwaju iṣẹ ṣiṣe batiri. Sibẹsibẹ, LiPO2F2 tun jiya lati kekere solubility.
Awọn ifilelẹ ti awọn paatiomi elekitirotijẹ epo-ara Organic, eyiti o tu awọn iyọ litiumu ti o si pese ti ngbe fun awọn ions lithium. Ohun elo elekitiroti ti o peye fun lithium{1} ion batiri elekitiroti nilo lati pade awọn ipo wọnyi:
1) Iwọn dielectric giga ati agbara itusilẹ ti o lagbara fun awọn iyọ litiumu.
2) Aaye yo kekere ati aaye gbigbona giga, mimu ipo omi kan lori iwọn otutu iwọn otutu.
3) Igi kekere, mimu lithium mu lọna gbigbe{1}}.
4) Iduroṣinṣin kemikali ti o dara, ko ṣe ibajẹ eto elekiturodu rere ati odi tabi tu awọn ohun elo elekiturodu rere ati odi.
5) Aaye filasi giga, aabo to dara, iye owo kekere, kii ṣe -majele ati kii ṣe idoti -.
Awọn olomi-ara ti o wọpọ ti a lo ninu lithium{0}} awọn elekitiroli batiri ion jẹ pin ni pataki si awọn ohun mimu carbonate ati awọn ohun elo ether Organic, gẹgẹ bi o ṣe han ni Nọmba 7-6. Lati gba elekitirolyte batiri lithium-ion ti o ga -, epo ti o dapọ ti o ni meji tabi ju bẹẹ lọ ni a maa n lo, gbigba wọn laaye lati ṣe iranlowo fun ara wọn ki o si ṣe aṣeyọri iṣẹ ṣiṣe to dara julọ. Awọn ohun-ini ti ara ti awọn olomi carbonate ti o wọpọ ni a fihan ni Table 7-1.
Table 7-1 Ti ara Properties ti o wọpọ Carbonate Solvents
| Organic epo | Ojulumo Dielectric Constant | Yo Point / ìyí | farabale Point / ìyí | Olusọdipúpọ viscosity |
|---|---|---|---|---|
| Ethylene Carbonate (EC) | 89.6 | 37 | 243 | 1.86 |
| Propylene Carbonate (PC) | 64.4 | -55 | 240 | 2.53 |
| Dimethyl Carbonate (DMC) | 0.59 | 2 | 91 | 0.59 |
| Diethyl Carbonate (DEC) | 2.8 | -43 | 126 | 0.75 |
| Ethyl Methyl Carbonate (EMC) | 3.0 | -53 | 108 | 0.65 |
Organic ether epo ni pataki pẹlu awọn ethers pq gẹgẹbi 1,2-dimethoxypropane (DMP), dimethoxymethane (DMM), ati ethylene glycol dimethyl ether (DME), ati awọn ethers cyclic gẹgẹbi tetrahydrofuran (THF) ati 2-methyltetrahydro-THF2. Fun pq ether epo, awọn gun awọn erogba pq, awọn dara awọn kemikali iduroṣinṣin, ṣugbọn awọn ti o ga awọn iki ati kekere ti litiumu-ion migration oṣuwọn. Ethylene glycol dimethyl ether le ṣe agbekalẹ chelate ti o ni iduroṣinṣin (LiPF6 · DME) pẹlu lithium hexafluorophosphate, n ṣe afihan agbara itusilẹ ti o lagbara fun awọn iyọ litiumu ati abajade ni iṣesi elekitiroti giga. Bibẹẹkọ, DME ko ni iduroṣinṣin kemikali ti ko dara ati pe ko le ṣe fiimu pasivation iduroṣinṣin lori oju ohun elo elekiturodu odi.
Awọn ohun elo carbonate pẹlu awọn carbonates cyclic gẹgẹbi propylene carbonate (PC) ati ethylene carbonate (EC), ati awọn carbonates pq gẹgẹbi dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ati methyl ethyl carbonate (EMC). Awọn carbonates cyclic ni igbagbogbo dielectric giga, ṣiṣe awọn iyọ lithium diẹ sii tiotuka, ṣugbọn wọn tun ni iki ti o ga, ti o mu abajade litiumu kekere{1}} iwọn ijira. Pq carbonates ni kekere dielectric ibakan ati alailagbara iyo lithium solubility, sugbon kekere iki ati ki o dara sisan, irọrun lithium{3}} migration.
Awọn iru ina -awọn afikun ohun elo lithium{1}}ion electrolytes ni a fihan ni aworan 7-7. Awọn afikun, ti a lo ni awọn iwọn kekere, ni awọn ipa pataki ati pe o jẹ ọna ti ọrọ-aje ati ilowo fun imudarasi iṣẹ ti awọn batiri lithium{5}}. Nipa fifi iwọn lilo kekere ti awọn afikun kun si elekitiroti ti lithium{6}} awọn batiri ion, awọn abuda iṣẹ batiri kan le ni ilọsiwaju ni pataki, gẹgẹbi agbara iyipada, elekitirodu/ibaramu elekitiroti, iṣẹ ṣiṣe ọna, iṣẹ oṣuwọn, ati iṣẹ aabo, ṣiṣe ipa pataki ninu awọn batiri lithium{8}}. Ohun elo itanna litiumu-ion ti o peye yẹ ki o ni awọn abuda mẹrin wọnyi:
1) Solubility ti o ga julọ ni awọn nkan ti o nfo Organic.
2) A kekere iye le significantly mu ọkan tabi diẹ ẹ sii iṣẹ abuda.
3) Ko si awọn aati ẹgbẹ ipalara pẹlu awọn paati batiri miiran ti o ni ipa lori iṣẹ batiri.
4) Iye owo kekere, kii ṣe -majele tabi majele kekere.
Ni ibamu si iṣẹ wọn, awọn afikun le jẹ tito lẹtọ si awọn afikun adaṣe, awọn afikun idabobo gbigba agbara, awọn afikun imuduro ina, fiimu SEI - awọn afikun awọn ohun elo, awọn aabo ohun elo cathode, awọn imuduro LiPF6, ati awọn afikun iṣẹ ṣiṣe miiran.
Awọn afikun adaṣe ṣe ilọsiwaju iṣẹ oṣuwọn ti awọn batiri litiumu{0}} nipa ṣiṣatunṣe pẹlu awọn ions elekitiroti, igbega itu iyọ lithium, ati jijẹ amuṣiṣẹ elekitiroti. Nitoripe awọn afikun adaṣe ṣiṣẹ nipasẹ awọn aati isọdọkan, wọn tun pe ni awọn afikun ligand, ati pe wọn pin si awọn ligands anionic, awọn ligands cationic, ati awọn ligands didoju ti o da lori ion ibaraenisepo.
Awọn afikun aabo gbigba agbara n pese aabo gbigba agbara tabi mu ifarada gbigba agbara pọ si. Wọn ti pin iṣẹ ṣiṣe si awọn afikun redox ati awọn afikun monomer. Lọwọlọwọ, awọn afikun redox jẹ lẹsẹsẹ anisole ni akọkọ, eyiti o ni awọn agbara redox giga ati solubility to dara. Awọn afikun monomer faragba awọn aati polymerization labẹ foliteji giga, itusilẹ awọn gaasi, ati polima n bo oju ohun elo cathode, idilọwọ gbigba agbara. Awọn afikun monomer ni akọkọ pẹlu awọn agbo ogun oorun bi xylene ati phenylcyclohexane.
Awọn afikun imuduro ina n ṣiṣẹ nipasẹ igbega aaye ina ti elekitiroti tabi fopin si iṣesi pq radical ọfẹ ti o ṣe idiwọ ijona. Awọn oriṣi wọn han ni aworan 7 -8. Ṣafikun awọn idaduro ina jẹ ọkan ninu awọn ọna pataki lati dinku ina ti elekitiroti, gbooro iwọn otutu iṣẹ ti awọn batiri lithium-ion, ati ilọsiwaju iṣẹ wọn. Awọn ilana iṣe ti awọn afikun idaduro ina jẹ ni pataki meji:
1) Nipa ṣiṣẹda ohun idabobo Layer laarin awọn gaasi ipele ati awọn condensed alakoso, won idilọwọ ijona ni mejeji awọn condensed ati gaasi awọn ipele.
2) Wọn gba awọn ipilẹṣẹ ọfẹ lakoko ilana ifasilẹ ijona, fopin si iṣesi pq radical ọfẹ ti o ṣe idiwọ awọn aati ijona laarin awọn ipele gaasi.
