Πρώτον, ηλεκτρολύτης μπαταρίας ιόντων λιθίου
Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα από τα τέσσερα βασικά υλικά για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Το αίμα των μπαταριών ιόντων λιθίου αποτελεί εγγύηση για την υψηλή τάση και την υψηλή ενέργεια των μπαταριών ιόντων λιθίου. Ο ηλεκτρολύτης αποτελείται κυρίως από οργανικό διαλύτη υψηλής καθαρότητας, άλας λιθίου ηλεκτρολύτη και από πρώτη ύλη απαραίτητου προσθέτου και παρασκευάζεται σύμφωνα με μια συγκεκριμένη αναλογία υπό ορισμένες συνθήκες.
1.1 οργανικός διαλύτης
Ο οργανικός διαλύτης γενικώς αναμιγνύεται με έναν υψηλού διηλεκτρικού σταθερού διαλύτη σε ένα διαλύτη χαμηλού ιξώδους. Τα κοινώς χρησιμοποιούμενα άλατα λιθίου ηλεκτρολύτη είναι το υπερχλωρικό κάλιο, το εξαφθοροφωσφορικό κάλιο, το τετραφθοροβορικό κάλιο κλπ., Λόγω του κόστους, της ασφάλειας και των παρομοίων, το εξαφθοροφωσφορικό κάλιο Είναι ο κύριος ηλεκτρολύτης που χρησιμοποιείται στις εμπορικές μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Οι κοινώς χρησιμοποιούμενοι οργανικοί διαλύτες σε ηλεκτρολύτες συσσωρευτών ιόντων λιθίου είναι ανθρακικός αιθυλενίου (EC), ανθρακικός διαιθυλεστέρας (DEC), ανθρακικός διμεθυλεστέρας (DMC), ανθρακικός μεθυλεστέρας αιθυλίου (EMC), ανθρακικό προπυλένιο (PC), ακρυλικό οξύ Β. ακρυλικό (ΜΑ) και τα παρόμοια. Ο οργανικός διαλύτης πρέπει να ελέγχεται αυστηρά πριν από τη χρήση. Η καθαρότητα του διαλύτη σχετίζεται στενά με την σταθερή τάση. Η υγρασία του οργανικού διαλύτη παίζει αποφασιστικό ρόλο στη διαμόρφωση του ειδικού ηλεκτρολύτη. Η μείωση του νερού κάτω από το 10-6 μπορεί να μειώσει την αποσύνθεση του εξαφθοροφωσφορικού λιθίου, να επιβραδύνει την αποσύνθεση της μεμβράνης SEI και να αποτρέψει την αύξηση του αερίου. Η περιεκτικότητα σε υγρασία μπορεί να επιτευχθεί με προσρόφηση μοριακού κόσκινου, απόσταξη ατμοσφαιρικής ή κενού και εισαγωγή ενός αδρανούς αερίου. Για να ληφθεί ένα διάλυμα με υψηλή ιοντική αγωγιμότητα έτσι ώστε τα ιόντα λιθίου να κινούνται ταχέως εκεί, ο διαλύτης είναι γενικά ένα ανάμικτο υλικό όπως ανθρακικό αιθυλένιο (EC) + ανθρακικό διμεθύλιο (DMC), ανθρακικό αιθυλένιο (EC) + ανθρακικό διαιθύλιο. Εστέρας (DEC).
1.2 άλας λιθίου ηλεκτρολύτη
Το ηλεκτρόλυτο άλας λιθίου αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο κόστος του ηλεκτρολύτη, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 40% του κόστους ηλεκτρολυτών. Το LiPF6 είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο ηλεκτρόλυτο άλας λιθίου, το οποίο είναι σταθερό στο αρνητικό ηλεκτρόδιο, έχει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, μεγάλη ικανότητα εκκένωσης, μικρή εσωτερική αντίσταση και γρήγορη ταχύτητα φόρτισης και εκφόρτισης. Ωστόσο, είναι ευαίσθητο στην υγρασία και το HF, και η αντίδρασή του πρέπει να διεξάγεται σε ξηρή ατμόσφαιρα (όπως ένα ντουλαπάκι). Δεν αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες και η αντίδραση αποσύνθεσης συμβαίνει στους 80 ° C έως 100 ° C για να σχηματιστεί πενταφθοριούχος φώσφορος και φθοριούχο λίθιο. . Λαμβάνοντας υπόψη το κόστος, την ασφάλεια και άλλες πτυχές, το εξαφθοροφωσφορικό λίθιο έχει τα πλεονεκτήματα της εξαιρετικής ιοντικής αγωγιμότητας, της ανώτερης οξειδωτικής σταθερότητας και της χαμηλής ρύπανσης του περιβάλλοντος. Είναι σήμερα ο προτιμώμενος ηλεκτρολύτης μπαταρίας ιόντων λιθίου και χρησιμοποιείται επίσης σε εμπορικές μπαταρίες ιόντων λιθίου. Ο κύριος ηλεκτρολύτης. Επιπλέον, LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI και άλλες σειρές ηλεκτρολυτών αλάτων λιθίου με υψηλή ασφάλεια και καλή απόδοση κύκλου έχουν προσελκύσει την προσοχή.
1.2.1 Εξαφθοροφωσφορικό λίθιο
Προς το παρόν, η σχετική έρευνα σχετικά με τη διαδικασία παρασκευής του LiPF6 χωρίζεται κυρίως σε δύο κατηγορίες: μέθοδος διαλύτη HF και μέθοδος ανταλλαγής ιόντων. Το HF; Η μέθοδος διαλυτών είναι η πλέον παραδοσιακή μέθοδος για την παρασκευή LiPF6 με διάλυση LiF σε διαλύτη HF και στη συνέχεια άμεση εισαγωγή μιας ουσίας που περιέχει φωσφόρο ή φθόριο και εξαέρωση ή ψύξη του κρυστάλλου μετά την αντίδραση για να ληφθεί ένα τελικό προϊόν. Η μέθοδος είναι η κύρια μέθοδος βιομηχανικού εξοπλισμού και η παρασκευασμένη LiPF6 έχει υψηλή καθαρότητα και καλή ποιότητα και είναι κατάλληλη για υψηλή ζήτηση παραγωγής μπαταριών λιθίου. Ωστόσο, η διαδικασία παρασκευής έχει μεγάλη ζήτηση για εξοπλισμό και λειτουργία, ενώ η HF που παραμένει σε LiPF6 έχει μεγάλη επίδραση στην απόδοση της μπαταρίας.
Μια άλλη σημαντική μέθοδος παραγωγής για το LiPF6 είναι η μέθοδος ανταλλαγής καστανιάς. Αναφέρεται σε μία μέθοδο ανταλλαγής ιόντων ενός εξαφθοροφωσφορικού άλατος με μια ένωση που περιέχει λίθιο σε έναν οργανικό διαλύτη για να ληφθεί LiPF6. Το κύριο χαρακτηριστικό της μεθόδου ανταλλαγής ιόντων είναι ότι είναι απλό και εύκολο, αλλά το πρόβλημα καθαρότητας LiPF6 περιορίζει την ευρεία εφαρμογή του.
1.2.2 Νέο άλας λιθίου
Προς το παρόν, μια σειρά συστημάτων ηλεκτρολυτών αλάτων λιθίου με υψηλή ασφάλεια και καλή απόδοση κύκλου έχουν προσελκύσει την προσοχή. Σε σύγκριση με το παραδοσιακό ηλεκτρόλυτο άλας λιθίου LiPF6, αν και η συνολική ικανότητα δεν μπορεί να ανταγωνιστεί με LiPF6, έχουν προφανή πλεονεκτήματα σε διάφορες πτυχές, όπως το LiBOB; έχει καλή ηλεκτροχημική σταθερότητα και θερμική σταθερότητα, μπορεί να αντιδράσει με συγκεκριμένους διαλύτες για να σχηματίσει ένα σταθερό; μεμβράνη, η οποία μπορεί να εξασθενήσει μετά από επαναλαμβανόμενους κύκλους ενέργειας. Το LiFSI είναι ηλεκτρολύτης μπαταρίας λιθίου με εξαιρετική απόδοση. Έχει εξαιρετική αγωγιμότητα και καλή συμβατότητα με υλικά ηλεκτροδίων. Το LiBF4 έχει καλύτερη χημική και θερμική σταθερότητα από το LiPF6, και η απόδοσή του στην ασφάλεια είναι πιο αξιοσημείωτη. Ωστόσο, ένας μεγάλος αριθμός πειραματικών δεδομένων αποδεικνύει ότι υπάρχουν πάντα ορισμένοι αναπόφευκτοι προσδιορισμοί χρησιμοποιώντας ένα μόνο άλας λιθίου. Για παράδειγμα, το LiFSI είναι εύκολο να προκαλέσει διάβρωση αλουμινίου. Το LiBF4 έχει σχετικά μικρή ακτινοβολία ανιόντων, ισχυρή αλληλεπίδραση με ιόντα λιθίου και αδύναμη αγωγιμότητα. Είναι κατώτερος στην απόδοση ως μπαταρία ιόντων λιθίου για χρήση μόνο ως άλας λιθίου ηλεκτρολύτη. Ως εκ τούτου, τα άλατα λιθίου διαφόρων δομών και διαφορετικών δομών συνδυάζονται, έτσι ώστε ο σύνθετος ηλεκτρολύτης να παρουσιάζει εξαιρετικές ιδιότητες που δεν διαθέτουν απλοί ηλεκτρολύτες, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση του ηλεκτρολύτη σε διάφορες πτυχές.
1.2.3 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα διαφόρων αλάτων λιθίου
LiBF4: η απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία είναι καλύτερη, αλλά ακριβή και λιγότερο διαλυτή.
LiPF6: Η συνολική απόδοση είναι καλύτερη, και το μειονέκτημα είναι η εύκολη απορρόφηση νερού και υδρόλυση.
LiBOB: η απόδοση σε υψηλή θερμοκρασία είναι καλύτερη, ιδιαίτερα αναστέλλοντας την βλάβη εισαγωγής του διαλύτη στο αρνητικό ηλεκτρόδιο, αλλά η διαλυτότητα είναι πολύ χαμηλή.
Το LiFSI: όχι μόνο φιλικό προς το περιβάλλον, αλλά και καλή θερμική σταθερότητα, ευαισθησία στην υγρασία και ηλεκτρική αγωγιμότητα.
LiPF2: Βελτιώνει την απόδοση του κύκλου υψηλής θερμοκρασίας και την απόδοση αποθήκευσης, την απόδοση εξόδου χαμηλής θερμοκρασίας και την προστασία από υπερφόρτωση και την ισορροπημένη απόδοση της χωρητικότητας των μπαταριών λιθίου.
LiTFSI: καλή ηλεκτροχημική σταθερότητα, υψηλή ιοντική αγωγιμότητα, καλή θερμική σταθερότητα και είναι δύσκολο να υδρολυθεί.
LiTDI: Έχει πολύ υψηλό αριθμό μεταναστευτικών ιόντων λιθίου, μειώνοντας την ποσότητα αλάτων λιθίου και μειώνοντας το κόστος της μπαταρίας.
1.3.1 Πρόσθετα
Υπάρχουν πολλά είδη προσθέτων και διάφοροι κατασκευαστές μπαταριών ιόντων λιθίου έχουν διαφορετικές απαιτήσεις σχετικά με τη χρήση και την απόδοση της μπαταρίας και η εστίαση των επιλεγμένων προσθέτων είναι επίσης διαφορετική. Γενικά, τα χρησιμοποιούμενα πρόσθετα έχουν κυρίως τα ακόλουθα αποτελέσματα:
(1) Πρόσθετο σχηματισμού φιλμ
Ανόργανα πρόσθετα σχηματισμού φιλμ: μικρά μόρια όπως SO2, CO2 και CO μπορούν να προάγουν το σχηματισμό ενός φιλμ παθητικοποίησης και η προσθήκη ενός αλογονιδίου όπως LiI ή LiBr μπορεί επίσης να βελτιώσει την μεμβράνη παθητικοποίησης.
Βιολογικά πρόσθετα σχηματισμού φιλμ: Φθοριωμένες, χλωριωμένες και βρωμιωμένες οργανικές ενώσεις όπως η ανισόλη ή τα αλογονωμένα παράγωγά της μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση του κύκλου της μπαταρίας και να μειώσουν τη μη αναστρέψιμη απώλεια ισχύος της μπαταρίας. Μεταξύ αυτών, το ανθρακικό βινυλένιο (VC) είναι ένα πολύ καλό πρόσθετο σχηματισμού φιλμ.
(2) μείωση του ιχνοστοιχείου και των προσθέτων οξέος HF στον ηλεκτρολύτη
Η ένωση καρβοδιϊμιδίου μπορεί να εμποδίσει την υδρόλυση του LiPF6 σε ένα οξύ. Επιπλέον, μερικά μεταλλικά οξείδια όπως Al2O1, MgO, BaO, Li2CΟ1, CaC03 και τα παρόμοια χρησιμοποιούνται για την απομάκρυνση του HF.
(3) Αποφύγετε τα πρόσθετα υπερβολικής φόρτισης και υπερβολικής έκλυσης
Ενώσεις όπως οργανικές αμίνες και ιμίνες, διφαινύλια και καρβαζόλες χρησιμοποιούνται ως πρόσθετα για να αποφευχθεί η υπερφόρτιση και η υπερβολική εκφόρτιση.
(4) Πρόσθετα επιβραδυντικά φλόγας
Οργανοφωσφορικές ενώσεις όπως τετραπροποξυσιλάνιο (TPOS), τετραμεθοξυσιλάνιο (TMOS), ενώσεις οργανοφθορίνης και αλογονωμένα αλκυλο φωσφορικά χρησιμοποιούνται ως πρόσθετα επιβραδυντικά φλόγας σε μη εύφλεκτες ενώσεις υψηλού σημείου ανάφλεξης υψηλού σημείου ανάφλεξης.
(5) Βελτίωση πρόσθετων επιδόσεων χαμηλής θερμοκρασίας
Ν, Ν-διμεθυλοτριφθοροακεταμίδιο, οργανικό βορίδιο, ανθρακικό άλας που περιέχει φθόριο και άλλο χαμηλού ιξώδους, υψηλό σημείο ανάφλεξης είναι ευεργετικό για τη βελτίωση των επιδόσεων χαμηλής θερμοκρασίας της μπαταρίας.
(6) Πολυλειτουργικά πρόσθετα
Αφού προστέθηκε 12-κορώνα-4 στον διαλύτη PC, η μεμβράνη SEI στη διεπαφή ηλεκτροδίου βελτιστοποιήθηκε για να μειώσει την πρώτη μη αναστρέψιμη απώλεια χωρητικότητας του ηλεκτροδίου. Η προσθήκη φθοριωμένων οργανικών διαλυτών και αλογονωμένων φωσφορικών όπως το ΒΤΕ και το ΤΤΡΡ στον ηλεκτρολύτη όχι μόνο συμβάλλει στον σχηματισμό μιας εξαιρετικής μεμβράνης SEI, αλλά έχει επίσης κάποια ή και σημαντική επιβράδυνση φλόγας στον ηλεκτρολύτη.