סוללת ליתיום יון סקירה אלקטרוליט

ראשית, סוללת ליתיום יון אלקטרוליט

Electrolyte הוא אחד מארבעת חומרי המפתח עבור סוללות ליתיום יון. הדם של סוללות ליתיום יון הוא ערובה עבור מתח גבוה ואנרגיה גבוהה אנרגיה של סוללות ליתיום יון. אלקטרוליט מורכב בעיקר ממיס אורגני טוהר גבוהה, מלח ליתיום אלקטרוליט, חומר גלם של תוסף הכרחי, והוא מוכן לפי יחס מסוים בתנאים מסוימים.

1.1 ממיס אורגני

הממס אורגני מעורבב בדרך כלל עם ממס קבוע קבוע דיאלקטרי גבוה ממס נמוך צמיגות. משמש בדרך כלל אלקטרוליט מלחי ליתיום הם perchlorate אשלגן, אשלגן hexafluorophosphate, אשלגן tetrafluoroborate, וכו ', לאור עלות, בטיחות וכדומה, אשלגן hexafluorophosphate זהו אלקטרוליט הראשי המשמש סוללות ליתיום יון מסחרי.

ממיסים אורגניים בשימוש נפוץ ב אלקטרוליטים סוללות ליתיום יון הם פחמימות אתילן (EC) דימתיל קרבונט (DEC), דימתיל קרבונט (DMC), אתיל מתיל קרבונט (EMC), פרופילן פחמתי (PC), חומצה אקרילית ב אסתר (EA), מתיל acrylate (MA), וכדומה. הממס אורגני חייב להיות נשלט בקפידה לפני השימוש. הטוהר של הממס קשורה קשר הדוק למתח יציב. הלחות של הממס אורגני משחק תפקיד מכריע בניסוח אלקטרוליט מוסמך. הורדת המים מתחת 10-6 יכול להפחית את הפירוק של ליתיום hexafluorophosphate, להאט את הפירוק של הסרט SEI, ולמנוע עלייה בגז. תכולת הלחות יכולה להיות מושגת על ידי ספיחה מסננת מולקולרית, זיקוק אטמוספרי או ואקום, וכן הכנסת גז אינרטי. על מנת להשיג פתרון עם מוליכות יונית גבוהה כך יונים ליתיום לנוע במהירות בה, הממס הוא בדרך כלל חומר מעורב כגון פחמן אתילן (EC) + דימתיל קרבונט (DMC), פחמן אתילן (EC) + פחמן דימתיל. אסתר (DEC).

1.2 מלח ליתיום אלקטרוליטי

מלח הליתיום אלקטרוליט מהווה את העלות הגדולה ביותר של אלקטרוליט, המהווה כ 40% של עלות אלקטרוליט. LiPF6 הוא מלח הליטיום הנפוץ ביותר באלקטרוליט, שהוא יציב על האלקטרודה השלילית, בעל מוליכות חשמלית גבוהה, יכולת פריקה גדולה, התנגדות פנימית קטנה, וטעינה מהירה ופריקה מהירה. עם זאת, הוא רגיש לחות ו HF, ואת התגובה שלה צריכה להיעשות באווירה יבשה (כגון כפפה תיבת). זה לא עמיד לטמפרטורות גבוהות, התגובה הפירוק מתרחשת על 80 מעלות צלזיוס 100 מעלות צלזיוס כדי ליצור pentafluoride זרחן פלואוריד ליתיום. . בהתחשב עלות, בטיחות היבטים אחרים, ליתיום hexafluorophosphate יש את היתרונות של מוליכות יונית יוצאת דופן, יציבות חמצון מעולה זיהום סביבתי נמוך. זה כרגע המועדף ליתיום יון אלקטרוליט סוללה והוא משמש גם סוללות ליתיום יון מסחרי. אלקטרוליט הראשי. בנוסף, LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI וסדרות אחרות של מערכות אלקטרוליום מלח ליתיום עם בטיחות גבוהה וביצועים טובים במחזור משכו תשומת לב.

1.2.1 ליתיום hexafluorophosphate

כיום, המחקר בנושא על תהליך ההכנה של LiPF6 מחולק בעיקר לשתי קטגוריות: HF שיטת ממס שיטת יון החליפין. HF? שיטת הממס היא השיטה המסורתית ביותר להכנת LiPF6 על ידי המסת LiF ב ממס HF ולאחר מכן מציגה ישירות חומר המכיל זרחן או פלואור, ו evaporating או קירור הגביש לאחר התגובה כדי להשיג מוצר סופי. השיטה היא השיטה העיקרית של הציוד התעשייתי, ואת LiPF6 מוכן יש טוהר גבוהה ואיכות טובה, והוא מתאים- high-end הביקוש ליתיום הסוללה הביקוש. עם זאת, תהליך ההכנה יש ביקוש גבוה עבור ציוד ותפעול, ואת HF הנותרים LiPF6 יש השפעה רבה על הביצועים של הסוללה.

עוד שיטת ייצור גדולה עבור LiPF6 היא שיטת חילופי ערמונים. מתייחס לשיטה של חילוף יונים של hexafluorophosphate עם תרכובת ליתיום המכיל ממס אורגני להשיג LiPF6. התכונה העיקרית של שיטת החליפין יון היא שזה פשוט וקל, אבל הבעיה טוהר LiPF6 מגביל היישום הרחב שלה.

1.2.2 מלח ליתיום חדש

כיום, סדרה של מערכות אלקטרוליום מלח ליתיום עם בטיחות גבוהה וביצועים טובים במחזור יש למשוך תשומת לב. לעומת מלח הליטום המסורתי LiPF6, למרות יכולת מקיפה לא יכול להתחרות עם LiPF6, יש להם יתרונות ברורים היבטים שונים, כגון, LiBOB? יש יציבות אלקטרוכימית טובה יציבות תרמית, יכול להגיב עם ממיסים ספציפיים כדי ליצור יציב? SEI? קרום, אשר ניתן להחליש לאחר מחזורים חוזרים של אנרגיה. LiFSI הוא אלקטרוליט סוללות ליתיום עם ביצועים מעולים. יש מוליכות מעולה תאימות טובה עם חומרים אלקטרודה. LiBF4 יש יציבות כימית ותרמית טובה יותר מאשר LiPF6, וביצועי הבטיחות שלה הוא מדהים יותר. עם זאת, מספר רב של נתונים ניסיוניים להוכיח כי תמיד יש כמה קביעות בלתי נמנעות באמצעות מלח ליתיום אחד. לדוגמה, LiFSI קל לגרום קורוזיה אלומיניום. LiBF4 יש רדיוס אניון קטן יחסית, אינטראקציה חזקה עם יוני ליתיום, ומוליכות חלשה. זה נחות בביצועים כמו סוללת ליתיום יון לשימוש כמו מלח ליתיום אלקטרוליט לבד. לכן, מלחים ליתיום של מבנים שונים ומבנים שונים מורכבים, כך אלקטרוליט מורכב מציג תכונות מצוינות לא בבעלות אלקטרוליטים פשוטים, ובכך לשפר את ביצועי אלקטרוליט בהיבטים שונים.

1.2.3 יתרונות וחסרונות של מלחי ליתיום שונים

LiBF4: ביצועים בטמפרטורה נמוכה יותר, אבל יקר מסיס פחות;

LiPF6: הביצועים המקיפים טובים יותר, והחסרון הוא ספיגת מים קלה והידרוליזה;

LiBOB: ביצועים בטמפרטורה גבוהה הוא טוב יותר, במיוחד מעכב את הנזק החדירה של ממס על האלקטרודה השלילית, אבל מסיסות נמוכה מדי;

LiFSI: לא רק ידידותי לסביבה, אלא גם יש יציבות תרמית טובה, רגישות ללחות, ומוליכות חשמלית;

LiPF2: משפר ביצועים גבוהים של מחזורי הטמפרטורה וביצועי האחסון, ביצועי פלט בטמפרטורות נמוכות והגנה מופרזת וביצועי יכולת מאוזנת של סוללות ליתיום;

LiTFSI: יציבות אלקטרוכימית טובה, מוליכות יונית גבוהה, יציבות תרמית טובה וקשה להידרוליזה;

LiTDI: יש מאוד גבוהה ליתיום יון מספר הגירה, הפחתת כמות מלח ליתיום והפחתת עלות הסוללה.

1.3.1 תוספים

ישנם סוגים רבים של תוספים, שונים יצרני סוללות ליתיום יון יש דרישות שונות על השימוש והביצועים של הסוללה, ואת הפוקוס של תוספים שנבחרו הוא גם שונה. באופן כללי, תוספים המשמשים בעיקר את ההשפעות הבאות:

(1) הסרט יוצר תוסף

תוספים לא-אורגניים ליצירת סרטונים: מולקולות קטנות כגון SO2, CO2 ו- CO יכולות לקדם את היווצרותו של סרט פסיבציה, ותוספת של הליד כגון LiI או LiBr יכולה גם לשפר את הסרט פסיבציה.

תוספים אורגניים ליצירת הסרט: תרכובות אורגניות המכילות פלואור, כלור וברום, כגון אניסולה או נגזרותיה הלוגניות, יכולות לשפר את ביצועי המחזור של הסוללה ולהפחית את אובדן קיבולת הסוללה הבלתי הפיך. ביניהם, וינלן פחמתי (VC) הוא סרט טוב מאוד להרכיב תוסף.

(2) הפחתת מים עקבות ותוספי חומצה HF באלקטרוליט

התרכובת carbodiimide יכול למנוע הידרוליזה של LiPF6 לחומצה. בנוסף, כמה תחמוצות מתכת כגון Al2O1, MgO, באו, Li2CO1, CaCO1 וכדומה משמשים להסרת HF.

(3) למנוע פריחה ותוספות overdischarge

תרכובות כגון אמינים אורגניים imines, biphenyls, ו carbazoles משמשים כתוספים כדי למנוע תשלום יתר overdischarge.

(4) תוספים מעכבי בעירה

תרכובות אורגנוספורוס כגון tetrapropoxysilane (TPOS), tetramethoxysilane (TMOS), תרכובות אורגנופלורין, פוספטים אלקיל הלוגניים משמשים תוספים מעכבי בעירה בנקודת רתיחה גבוהה נקודה גבוהה נקודת דליקים שאינם דליקים.

(5) לשפר את הביצועים הטמפרטורה נמוכה תוספים

N, N-dimethyltrifluoroacetamide, boride אורגני, פחמן המכיל פלואור וצמיגות נמוכה אחרים, נקודת הבזק גבוהה מועילה לשיפור הביצועים בטמפרטורה נמוכה של הסוללה.

(6) תוספות טעם וריח ותוספות פונקציונליות

לאחר 12 כתר -4 נוספה למחשב ממס, סרט SEI בממשק אלקטרודה היה מותאם כדי להפחית את אובדן היכולת הראשונה בלתי הפיך של האלקטרודה. תוספת של ממיסים אורגניים fluorinated ו phosphates הלוגניים כגון BTE ו TTFP כדי אלקטרוליט לא רק תורם להיווצרות של סרט SEI מעולה, אבל יש גם מסוים או אפילו משמעותי retardancy להבה אלקטרוליט.