Ibig sabihin ng lithium-ion battery electrolyte?

◆Ano ang aqueous electrolytes?

◆Panimula sa Solid Electrolytes

Ang electrolyte, isang kailangang-kailangan na bahagi ngmga baterya ng lithium-ion, ay gumaganap ng mahalagang papel sa pag-charge ng baterya-cycles.

Ito ay hindi lamang responsable para sa mahusay na transportasyon ng mga lithium ions at ang pagpapadaloy ng kasalukuyang, ngunit nagtataglay din ng mga katangian ng elektronikong pagkakabukod upang epektibong maiwasan ang direktang daloy ng elektron sa pagitan ng positibo at negatibong mga electrodes. Sa matalinghagang pagsasalita, ang electrolyte ay tulad ng "dugo" sa loob ng lithium-ion na baterya, na tinitiyak ang pagkakakonekta sa pagitan ng positibo at negatibong mga materyales ng electrode, sa gayo'y ginagarantiyahan ang maayos na pag-usad ng buong proseso ng pag-charge-.

Ang perpektong electrolyte para sa lithium-ion na baterya ay dapat matugunan ang sumusunod na limang kinakailangan:

Sa patuloy na-tumataas na pangangailangan para sa densidad ng enerhiya ng baterya at densidad ng kapangyarihan, mabilis na umuunlad ang teknolohiya ng baterya, at ang mga materyales ng electrode ay gumawa ng napakalaking pag-unlad. Sa kaibahan, ang pag-unlad ng mga electrolyte system ay nahuli. Sa kasalukuyan, ang pagbuo ng lithium-ion na mga electrolyte ng baterya ay maaaring malawak na mauri sa tatlong uri: non-aqueous solvent electrolytes, aqueous electrolytes, at solid-state electrolyte.

Hindi-may tubig na solvent electrolyte

 

Ang mga non-aqueous solvent electrolyte sa mga lithium-ion na baterya ay tumutukoy sa mga electrolyte system na walang tubig, pangunahing binubuo ng mga solvent, solute (karaniwang lithium salts), at additives. Ang mga hindi{3}}aqueous solvent na ito ay karaniwang mga organic na solvent, sa halip na may tubig na solvent, upang maiwasan ang electrolysis ng tubig o masamang reaksyon sa mga materyales ng electrode. Ang Lithium salts ay ang pangunahing carrier para sa lithium-ion transport, ang mga solvent ay nagsisilbing dissolution, dispersion, at suporta para sa lithium salts, at ang mga additives ay pangunahing gumagana upang mapabuti ang electrochemical performance o kaligtasan ng lithium-ion na mga baterya.

Ang mga komersyal na available na electrolyte (ibig sabihin, mga likidong electrolyte) na ginagamit sa mga lithium-ion na baterya ay pangunahing binubuo ng isa o higit pang mga lithium salt na natunaw sa dalawa o higit pang mga organikong solvent; Ang mga electrolyte na binubuo ng iisang solvent ay napakabihirang. Ang dahilan ng paggamit ng maraming solvent ay ang mga totoong-baterya sa mundo ay may iba't ibang, kahit na magkasalungat, mga kinakailangan na mahirap matugunan gamit ang isang solvent. Halimbawa, ang mga electrolyte ay maaaring mangailangan ng mataas na pagkalikido habang mayroon ding mataas na dielectric constant; samakatuwid, ang mga solvent na may iba't ibang katangian ng physicochemical ay kadalasang ginagamit sa kumbinasyon, na nagpapakita ng magkakaibang mga katangian nang sabay-sabay. Higit pa rito, ang mga lithium salt ay karaniwang hindi ginagamit nang sabay-sabay dahil ang pagpili ng mga lithium salt ay limitado, at ang kanilang mga pakinabang ay hindi madaling makita.

Ang mga ideal na organikong solvent ay dapat magkaroon ng mga sumusunod na pangunahing katangian: Una, kailangan nila ng mataas na dielectric na pare-pareho upang matiyak ang mahusay na pagkalusaw ng mga lithium salt; pangalawa, dapat silang magkaroon ng isang mababang punto ng pagkatunaw at isang mataas na punto ng kumukulo upang palawakin ang saklaw ng operating temperatura ng electrolyte; ikatlo, ang mababang lagkit ay nakakatulong sa pagsulong ng mahusay na paglipat ng mga lithium ions sa daluyan; at panghuli, ang mga solvent na ito ay dapat na mura at may mababang toxicity (perpektong hindi-nakakalason). Ang mga carbonate compound, bilang isa sa pinakamaaga at pinaka-tinatanggap na ginagamit na mga organikong solvent sa industriya ng baterya ng lithium-ion, ay may mahalagang posisyon sa larangan ng mga electrolyte ng baterya.

Sa kasalukuyan, ang ganitong uri ng solvent ay pangunahing may kasamang dalawang structural form: cyclic at chain. Binubuod ng talahanayan sa ibaba ang mga nauugnay na pisikal na parameter ng ilang karaniwang ginagamit na hindi-may tubig na solvents, electrolytes, at organic solvents.

Sa kasalukuyan, ang mga alkyl carbonate solvents ay malawakang ginagamit sa mga electrolyte. Ang mga solvent na ito ay nagtataglay ng mahusay na paglaban sa oksihenasyon at nagpapakita ng mahusay na katatagan sa ilalim ng mga kondisyon ng mataas na boltahe. Ang mga cyclic carbonate, tulad ng ethylene carbonate at propylene carbonate, ay kilala sa kanilang mataas na dielectric constants, ibig sabihin ay mas mabisa nilang matunaw ang mga lithium salt; gayunpaman, dahil sa malakas na intermolecular forces, ang mga solvent na ito ay may mataas na lagkit, na nagpapabagal sa paggalaw ng mga lithium ions sa loob ng mga ito. Sa kabaligtaran, ang mga chain carbonate, tulad ng dimethyl carbonate at diethyl carbonate, habang may mas mababang lagkit, ay mayroon ding medyo mababang dielectric constants, na nagreresulta sa medyo mahinang dissolution efficiency para sa mga lithium salt. Samakatuwid, upang maihanda ang mga sistema ng solusyon na may higit na ionic conductivity, ang iba't ibang uri ng mga solvent ay madalas na pinaghalo, tulad ng mga kumbinasyon ng PC+DEC o EC+DMC. Ang mga lithium salt, bilang pinagmumulan ng mga lithium ions sa electrolyte, ay gumaganap ng malaking papel sa lithium-ion ion transport sa panahon ng proseso ng pag-charge at pagdiskarga ng mga lithium-ion na baterya. Direktang nakakaapekto ang performance ng mga ito sa maraming aspeto ng lithium{10}}ion na mga baterya, kabilang ang density ng enerhiya, density ng kuryente, saklaw ng boltahe sa pagpapatakbo, buhay ng ikot, at kaligtasan. Sa kasalukuyan, sa pananaliksik sa laboratoryo at pang-industriya na kasanayan, karaniwang pinipili ang mga lithium salt na may malaking anionic radii at mataas na redox stability. Batay sa kanilang kemikal na komposisyon, ang mga lithium salt ay maaaring malawak na mauri sa dalawang kategorya: mga inorganic na lithium salt at mga organic na lithium salt. Ilang inorganic na lithium salts ang binuo, kabilang ang LiPF6, LiClO4, LIBF, at LIASF. Sa kabaligtaran, ang mga karaniwang ginagamit na organic na lithium salt sa mga lithium-ion na baterya ay nabubuo sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga electron-withdrawing group sa mga anion ng mga inorganic na lithium salt na ito, gaya ng lithium dioxalato-borate (LiBOB), lithium difluorooxalato-litium (Lilimide difluoroborate) at lithium ditrifluoromethylsulfonylimide (LTFSI). Ipinapakita ng talahanayan sa ibaba ang mga nauugnay na katangiang physicochemical ng ilang karaniwang ginagamit na lithium salt sa lithium-ion na mga baterya.

Ang mga additives ay mga sangkap na idinagdag sa electrolyte sa mababang konsentrasyon (karaniwan ay hindi hihigit sa 10% ng masa) na may mga tiyak na pag-andar at maaaring makabuluhang mapabuti ang mga katangian ng electrochemical ng baterya. Batay sa kanilang mga pag-andar, ang mga additives na ito ay maaaring malawak na mauri sa ilang mga kategorya: film-forming additives, flame retardant, at additives upang maiwasan ang sobrang pagsingil. Bilang karagdagan, may mga additives na ginagamit upang mapahusay ang conductivity, i-optimize ang pagganap sa ilalim ng mababang-kondisyon ng temperatura, o kontrolin ang mga bakas na halaga at mga konsentrasyon ng HF sa electrolyte solution.