Wprowadzenie do składu elektrolitu baterii litowo-jonowej

Elektrolity do akumulatorów litowo-jonowych to niewodne ciekłe elektrolity składające się z rozpuszczalników organicznych i soli litu elektrolitów. Oczywiście istnieją elektrolity stałe. Z czego oni są zrobieni? Spójrzmy.

1. Płynny elektrolit akumulatora litowo-jonowego

Wybór elektrolitu ma ogromny wpływ na wydajność akumulatorów litowo-jonowych. Musi być stabilny chemicznie, szczególnie niełatwy do rozkładu przy wyższych potencjałach i środowiskach o wyższej temperaturze, i ma wyższą przewodność jonową (GG gt; 10-3 s) / cm) i musi być obojętny na materiały anody i katody i nie może skorodować je.

Sole przewodzące obejmują LiCIO4, LiPF6, LiBF6, LiA SF6 i LiOSO2CF3, a ich przewodność elektryczna jest rzędu LiAsF6> LiPF6> LiCIO4> LiBF6> LiOSO2CF3. LiClO4 jest podatny na problemy związane z bezpieczeństwem, takie jak wybuch, ze względu na jego wysoką zdolność utleniania, która jest na ogół ograniczona do badań eksperymentalnych; LiAsF6 ma wysoką przewodność jonową, łatwe oczyszczanie i dobrą stabilność, ale zawiera toksyczny As, a jego użycie jest ograniczone;

LiBF6 ma słabą stabilność chemiczną i termiczną oraz niską przewodność elektryczną. LiO SO2CF3 ma słabą przewodność elektryczną i działa korodująco na elektrodę, dlatego jest rzadko używany; chociaż LiPF6 ulegnie reakcji rozkładu, to ma wysoką przewodność jonową, więc obecny akumulator litowo-jonowy Akumulator zasadniczo wykorzystuje LiPF6. Obecnie większość elektrolitów stosowanych w komercyjnych akumulatorach litowo-jonowych wykorzystuje LiPF6 EC2DMC, który ma wyższą przewodność jonową i lepszą stabilność elektrochemiczną.

2. Elektrolit stały

Bezpośrednie użycie metalicznego litu jako materiału anodowego ma wysoką odwracalną pojemność, jego teoretyczna pojemność wynosi aż 3862 mAh-g-1, czyli ponad dziesięć razy więcej niż materiały grafitowe, a cena jest niższa. Uznawany jest za najbardziej atrakcyjną nową generację akumulatorów litowo-jonowych. Materiał anody, ale będzie wytwarzać lit dendrytyczny. Stosowanie stałego elektrolitu jako przewodnictwa jonowego może hamować wzrost litu dendrytycznego, umożliwiając użycie litu metalicznego jako materiału anodowego. Ponadto użycie stałego elektrolitu może uniknąć niedociągnięć płynnego elektrolitu, a akumulator można przekształcić w cieńszy (tylko 0,1 mm grubości), wyższą gęstość energii i mniejszą pojemność.

Stały elektrolit polimerowy ma cechy dobrej elastyczności, właściwości błonotwórczych, stabilności i niskiego kosztu. Może być stosowany jako separator między elektrodami dodatnimi i ujemnymi oraz jako elektrolit do przenoszenia jonów.

Stałe elektrolity polimerowe można ogólnie podzielić na suche stałe elektrolity polimerowe (SPE) i żelowe elektrolity polimerowe (GPE). Stały elektrolit polimerowy SPE jest oparty głównie na tlenku polietylenu (PEO). Jego wadą jest to, że przewodnictwo jonowe jest niskie, które może osiągnąć tylko 10-40 cm w 100 ° C.

Dodanie ciekłego rozpuszczalnika organicznego o wysokiej stałej dielektrycznej i małej masie cząsteczkowej, takiego jak PC, do stałego elektrolitu polimerowego może znacznie poprawić rozpuszczalność przewodzącej soli. Utworzony elektrolit to żelowy elektrolit polimerowy GPE, który ma wysoką temperaturę w temperaturze pokojowej. Przewodność jonowa, ale w trakcie użytkowania wycieknie i stanie się nieważna. Skomercjalizowano akumulatory litowo-polimerowe żelowo-polimerowe.

3. Elektrolit żelowy

Główne składniki elektrolitu żelowo-polimerowego są zasadniczo takie same jak ciekłego elektrolitu organicznego, z tym wyjątkiem, że ciekły elektrolit organiczny jest adsorbowany na matrycy żelowo-polimerowej. Dlatego oprócz powyższych warunków powinien mieć również adhezję między materiałem aktywnym elektrody Dobra przyczepność, wszystkie rozpuszczalniki są osadzone w matrycy polimerowej, nie ma wolnego rozpuszczalnika organicznego, aby zapewnić brak wycieków, dobrą wydajność zginania i wysoką mechaniczną siła.

Elektrolit akumulatora litowo-jonowego powinien spełniać:

Jon litowy ma wysoką przewodność, która wynosi 3 × 10-3 ~ 2 × 10-2S / cm w szerokim zakresie temperatur;

B ma szerokie okno elektrochemiczne, to znaczy jest stabilny w szerokim zakresie napięć (dla akumulatorów litowo-jonowych musi być stabilny przy 4,5 V) bez reakcji rozkładu, czyli ma dobrą stabilność utleniania.

C jest stabilny chemicznie, to znaczy zasadniczo nie reaguje z materiałami elektrod systemu baterii, takimi jak elektroda dodatnia, elektroda ujemna, kolektor prądu, separator i klej;

D gwarantuje, że będzie ciekły w szerokim zakresie temperatur, ogólnie mam nadzieję, że zakres temperatur wynosi -40 ~ 00700C

E ma dobre właściwości solwatacyjne dla jonów;

F jest nietoksyczny, o niskiej prężności par, bezpieczny w użyciu;

G może w jak największym stopniu promować odwracalną reakcję elektrody i ma dobrą kompatybilność z elektrodą;

H jest łatwy w przygotowaniu i tani.