Ki sa ki elektwolit nan yon batri ityòm?
elektwolit
Elektwolit ki nan yon batri ityòm-ion se transpòtè iyon nan batri a. An jeneral, li konpoze de sèl ityòm, solvang òganik, ak aditif, jan yo montre nan Figi 7-4. Elektwolit la jwe yon wòl enpòtan nan kondui iyon ant elektwòd pozitif ak negatif nan yon batri ityòm-ion, asire avantaj li yo tankou vòltaj segondè ak enèji espesifik segondè. Elektwolit yo tipikman prepare nan kondisyon espesifik ak nan pwopòsyon espesifik soti nan gwo -solvang òganik pite, sèl ityòm, ak aditif ki nesesè yo. Pandan ke materyèl elektwòd detèmine dansite enèji batri a, elektwolit la fondamantalman detèmine lavi sik li yo, pèfòmans tanperati wo ak ba, ak sekirite. Konpozisyon debaz elektwolit la rete relativman chanje; inovasyon sitou bay manti nan devlopman nan sèl ityòm roman ak aditif, osi byen ke yon konpreyansyon pi fon nan pwosesis yo chimik entèfas ak mekanis ki enplike nan pil ityòm-ion.
Gen anpil kalite sèl ityòm, jan yo montre nan Figi 7-5, men trè kèk yo itilize nan pil ityòm-ion ki disponib nan komès. Yon sèl ityòm ideyal ta dwe genyen pwopriyete sa yo:
1) Ba degre asosyasyon, fasil idrosolubl nan Solvang òganik, asire segondè konduktiviti iyonik nan elektwolit la.
2) Anions ak rezistans antioksidan ak rediksyon; pwodwi rediksyon fasilite fòmasyon yon fim SEI ki estab, ki ba -rezistans.
3) Bon estabilite chimik, san yo pa lakòz reyaksyon segondè danjere ak materyèl elektwòd, elektwolit, oswa separateur.
4) Pwosesis preparasyon senp, pri ki ba, ki pa-toksik ak polisyon-gratis.
LiPF6 se sèl ityòm ki pi lajman itilize. Pandan ke pwopriyete endividyèl li yo pa pi eksepsyonèl li yo, li montre relativman optimal pèfòmans jeneral nan elektwolit sòlvan melanje kabonat. LiPF6 gen avantaj kle sa yo:
1) Apwopriye solubilite ak segondè konduktiviti iyonik nan solvang ki pa -akeuz.
2) Li ka fòme yon fim pasivasyon ki estab sou sifas la nan pèseptè aktyèl papye aliminyòm.
3) Li sinèrjetik fòme yon fim SEI ki estab sou sifas elektwòd grafit la ak solvang kabonat.
Sepandan, LiPF6 gen move estabilite tèmik epi li gen tandans fè reyaksyon dekonpozisyon. Sous-pwodwi yo ka domaje fim SEI sou sifas elektwòd la, fonn eleman aktif elektwòd pozitif yo, epi mennen nan dekonpozisyon kapasite pandan monte bisiklèt.
LiBF se tou yon aditif sèl ityòm souvan itilize. Konpare ak LiPF6, LiBF gen yon ranje tanperati opere pi laj, pi bon -estabilite tanperati wo, ak siperyè pèfòmans tanperati ba -. LiBF posede konduktiviti segondè, yon fenèt elektwochimik lajè, ak bon estabilite tèmik. Pi gwo avantaj li se nan pwopriyete fim li yo -, paske li ka patisipe dirèkteman nan fòmasyon fim SEI la.
Estriktirèl, LiDFOB konpoze de mwatye -molekil LiBOB ak LiBF, konbine avantaj ki genyen nan bon fim -fòme pwopriyete LiBOB ak bon pèfòmans tanperati ki ba-LiBF4. Konpare ak LiBOB, LiDFOB gen pi wo solubilite nan Solvang kabonat lineyè ak pi wo konduktivite elektwolit. Pèfòmans segondè -tanperati ak ba-tanperati li pi bon pase LiPF4, epi li gen bon konpatibilite ak katod batri a, fòme yon fim pasivasyon sou sifas papye aliminyòm ak anpeche oksidasyon elektwolit.
Gwoup CF₃SO₂ nan estrikti LiTFSI a gen yon gwo efè retrè elèktron -, ki agrave delokalizasyon chaj negatif la epi redwi asosyasyon iyon, sa ki lakòz gwo solubilite sèl la. Anplis de sa, LiTFSI gen gwo konduktiviti elektrik, yon tanperati ki wo dekonpozisyon tèmik, epi li pa fasil idrolize; sepandan, li pral grav korode pèseptè aktyèl aliminyòm nan vòltaj pi wo a 3.7V.
Atòm fliyò ki nan molekil LiFSI a gen pwopriyete ki retire elektwon -fòs, ki delokalize chaj negatif sou N, sa ki lakòz asosyasyon iyon fèb ak fasil disosyasyon Li+, kidonk ki mennen nan konduktiviti segondè.
LiPO2F2 montre bon -pèfòmans tanperati ki ba epi tou li amelyore pèfòmans segondè -tanperati elektwolit la. Kòm yon aditif, li ka fòme yon fim SEI ki rich nan LixPOyFz ak LiF sou sifas elektwòd negatif la, ki ede diminye enpedans entèfas batri ak amelyore pèfòmans sik batri. Sepandan, LiPO2F2 tou soufri soti nan solubility ki ba.
Eleman prensipal la nanelektwolit likidse sòlvan an òganik, ki fonn sèl ityòm epi li bay yon konpayi asirans pou iyon ityòm. Yon sòlvan òganik ideyal pou yon elektwolit batri ityòm-ion bezwen satisfè kondisyon sa yo:
1) Segondè konstan dyelèktrik ak fò kapasite dissolution pou sèl ityòm.
2) Pwen k ap fonn ki ba ak gwo pwen bouyi, kenbe yon eta likid sou yon pakèt tanperati.
3) Viskozite ba, fasilite transpò ityòm -ion.
4) Bon estabilite chimik, pa domaje estrikti elektwòd pozitif ak negatif oswa fonn materyèl elektwòd pozitif ak negatif yo.
5) Gwo pwen flash, bon sekirite, pri ki ba, ki pa-toksik epi ki pa-polye.
Solvang òganik komen yo itilize nan elektwolit batri ityòm-ion yo sitou divize an solvang kabonat ak solvang etè òganik, jan yo montre nan Figi 7-6. Pou jwenn yon elektwolit batri ityòm-ion pèfòmans segondè -, anjeneral yo itilize yon sòlvan melanje ki gen de oswa plis solvang òganik, ki pèmèt yo konpleman youn ak lòt epi reyalize pi bon pèfòmans jeneral. Pwopriyete fizik solvang kabonat komen yo montre nan Tablo 7-1.
Tablo 7-1 Pwopriyete Fizik Solvan Kabonat Komen yo
| Solvang òganik | Relatif dielectric konstan | Pwen k ap fonn / degre | Pwen bouyi / degre | Koefisyan Viskozite |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| Etil Methyl Carbonate (EMC) | 3.0 | -53 | 108 | 0.65 |
Solvang etè òganik sitou gen ladan etè chèn tankou 1,2-dimethoxypropane (DMP), dimethoxymethane (DMM), ak etilèn glikol dimethyl etè (DME), ak etè siklik tankou tetrahydrofuran (THF) ak 2-methyltetrahydrofuran (2-Methoxy-THF). Pou Solvang Etè chèn, pi long chèn kabòn lan, pi bon estabilite chimik la, men pi wo viskozite a ak pi ba to migrasyon ityòm-ion. Ethylene glycol dimethyl etè ka fòme yon chelate relativman ki estab (LiPF6 · DME) ak ityòm hexafluorophosphate, montre gwo pouvwa dissolution pou sèl ityòm ak sa ki lakòz konduktiviti elektwolit segondè. Sepandan, DME gen move estabilite chimik epi li pa ka fòme yon fim pasivasyon ki estab sou sifas materyèl elektwòd negatif la.
Solvang kabonat yo enkli kabonat siklik tankou kabonat pwopilèn (PC) ak kabonat etilèn (EC), ak kabonat chèn tankou carbonate dimethyl (DMC), carbonate dyetil (DEC), ak kabonat etil metilè (EMC). Karbonat siklik yo gen yon konstan dyelèktrik segondè, ki fè sèl ityòm yo ka idrosolubl, men yo tou gen gwo viskozite, sa ki lakòz yon to migrasyon ityòm -yon pi ba. Karbonat chèn gen yon konstan dyelèktrik ki ba ak solubilite sèl ityòm fèb, men viskozite ki ba ak bon koule, fasilite ityòm -imigrasyon iyon.
Kalite aditif -ignifuge flanm dife pou elektwolit ityòm-ion yo montre nan Figi 7-7. Aditif, yo itilize nan ti kantite, gen efè enpòtan epi yo se yon metòd ekonomik ak pratik pou amelyore pèfòmans pil ityòm-ion. Lè w ajoute yon ti dòz aditif nan elektwolit pil ityòm-ion, sèten karakteristik pèfòmans batri ka espesyalman amelyore, tankou kapasite revèsib, konpatibilite elektwòd/elektwolit, pèfòmans sik, pèfòmans pousantaj, ak pèfòmans sekirite, jwe yon wòl enpòtan nan pil ityòm-ion. Yon aditif elektwolit ideyal batri ityòm-ion ta dwe posede kat karakteristik sa yo:
1) Segondè solubilite nan Solvang òganik.
2) Yon ti kantite ka siyifikativman amelyore youn oswa plizyè karakteristik pèfòmans.
3) Pa gen reyaksyon segondè danjere ak lòt konpozan batri ki afekte pèfòmans batri.
4) Pri ki ba, ki pa-toksik oswa ki ba toksisite.
Dapre fonksyon yo, aditif yo ka klase nan aditif kondiktif, aditif pwoteksyon surcharge, aditif ignifuge flanm dife, aditif ki fòme fim SEI -, pwoteksyon materyèl katod, estabilize LiPF6, ak lòt aditif fonksyonèl.
Aditif kondiktif amelyore pèfòmans pousantaj pil ityòm-yon lè yo kowòdone ak iyon elektwolit, ankouraje disolisyon sèl ityòm, epi ogmante konduktiviti elektwolit. Paske aditif konduktif travay nan reyaksyon kowòdinasyon, yo rele yo tou aditif ligand, epi yo klase nan ligand anionik, ligand cationic, ak ligand net ki baze sou ion ki kominike.
Aditif pwoteksyon surcharge bay pwoteksyon surcharge oswa amelyore tolerans surcharge. Yo fonksyonèl klase nan aditif redox ak aditif monomè. Kounye a, aditif redox yo se sitou seri anisol, ki gen gwo potansyèl redox ak bon solubilite. Monomè aditif sibi reyaksyon polymérisation anba vòltaj segondè, lage gaz, ak polymère a rad sifas materyèl katod la, entèwonp chaje. Monomè aditif sitou gen ladan konpoze aromat tankou xylene ak phenylcyclohexane.
Aditif ignifuge flanm dife fonksyone lè yo ogmante pwen ignisyon elektwolit la oswa mete fen nan reyaksyon chèn radikal gratis ki anpeche konbisyon an. Kalite yo montre nan Figi 7-8. Ajoute ignifuge flanm dife se youn nan fason enpòtan pou redwi enflamabilite elektwolit la, elaji ranje tanperati fonksyònman pil ityòm-ion, ak amelyore pèfòmans yo. Mekanis yo nan aksyon aditif ignifuge flanm dife yo sitou de fwa:
1) Lè yo kreye yon kouch posibilite ant faz gaz la ak faz kondanse a, yo anpeche konbisyon nan tou de faz kondanse ak gaz.
2) Yo pran radikal gratis pandan pwosesis reyaksyon combustion, mete fen nan reyaksyon chèn radikal gratis ki anpeche reyaksyon combustion ant faz gaz yo.
