Najpierw elektrolit z baterią litowo-jonową
Elektrolit jest jednym z czterech kluczowych materiałów do akumulatorów litowo-jonowych. Krew baterii litowo-jonowych jest gwarancją wysokiej i wysokiej energii baterii litowo-jonowych. Elektrolit składa się głównie z rozpuszczalnika organicznego o wysokiej czystości, soli litowej elektrolitu i surowca niezbędnego dodatku, i jest przygotowywany w określonych warunkach w pewnym stosunku.
1.1 rozpuszczalnik organiczny
Rozpuszczalnik organiczny na ogół miesza się z rozpuszczalnikiem o wysokiej stałej dielektrycznej w rozpuszczalniku o niskiej lepkości. Powszechnie stosowanymi solami litowymi elektrolitu są nadchloran potasu, heksafluorofosforan potasu, tetrafluoroboran potasu, itp., Ze względu na koszt, bezpieczeństwo i tym podobne, heksafluorofosforan potasu Jest to główny elektrolit stosowany w komercyjnych akumulatorach litowo-jonowych.
Powszechnie stosowanymi rozpuszczalnikami organicznymi w elektrolicie na baterie litowo-jonowe są węglan etylenu (EC) dietylowy (DEC), węglan dimetylu (DMC), węglan etylu metylu (EMC), węglan propylenu (PC), kwas akrylowy B. Ester (EA), metyl akrylan (MA) i tym podobne. Rozpuszczalnik organiczny musi być ściśle kontrolowany przed użyciem. Czystość rozpuszczalnika jest ściśle związana ze stabilnym napięciem. Wilgotność rozpuszczalnika organicznego odgrywa decydującą rolę w formułowaniu kwalifikowanego elektrolitu. Obniżenie poziomu wody poniżej 10-6 może zmniejszyć rozkład heksafluorofosforanu litu, spowolnić rozkład filmu SEI i zapobiec wzrostowi gazu. Zawartość wilgoci można uzyskać przez adsorpcję na sitach molekularnych, destylację atmosferyczną lub próżniową i wprowadzenie gazu obojętnego. W celu otrzymania roztworu o wysokiej przewodności jonowej tak, aby jony litu poruszały się w nim szybko, rozpuszczalnikiem jest na ogół materiał mieszany, taki jak węglan etylenu (EC) + węglan dimetylu (DMC), węglan etylenu (EC) + węglan dietylowy. Ester (DEC).
1,2 elektrolitowa sól litowa
Elektrolitowa sól litowa odpowiada za największy koszt elektrolitu, co stanowi około 40% kosztu elektrolitów. LiPF6 jest najczęściej stosowaną solą litową elektrolitu, która jest stabilna względem elektrody ujemnej, ma wysoką przewodność elektryczną, dużą pojemność rozładowania, mały opór wewnętrzny oraz szybką prędkość ładowania i rozładowania. Jest jednak wrażliwy na wilgoć i HF, a jego reakcję należy prowadzić w suchej atmosferze (na przykład w schowku podręcznym). Nie jest odporny na wysokie temperatury, a reakcja rozkładu zachodzi w temperaturze od 80 ° C do 100 ° C z wytworzeniem pentafluorku fosforu i fluorku litu. . Biorąc pod uwagę koszty, bezpieczeństwo i inne aspekty, heksafluorofosforan litu ma zalety polegające na doskonałej przewodności jonowej, doskonałej stabilności utleniania i niskim zanieczyszczeniu środowiska. Jest to obecnie preferowany elektrolit z litowo-jonowym akumulatorem i jest również stosowany w komercyjnych akumulatorach litowo-jonowych. Główny elektrolit. Ponadto zwrócono uwagę na LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI i inne serie układów elektrolitów soli litowej o wysokim bezpieczeństwie i dobrych osiągach cyklu.
1.2.1 Heksafluorofosforan litu
Obecnie powiązane badania dotyczące procesu wytwarzania LiPF6 dzieli się głównie na dwie kategorie: metodę rozpuszczalnika HF i metodę wymiany jonowej. HF? Metoda rozpuszczalnikowa jest najbardziej tradycyjnym sposobem wytwarzania LiPF6 przez rozpuszczenie LiF w rozpuszczalniku HF, a następnie bezpośrednie wprowadzenie substancji zawierającej fosfor lub fluor i odparowanie lub chłodzenie kryształu po reakcji w celu uzyskania produktu końcowego. Metoda jest główną metodą urządzeń przemysłowych, a przygotowany LiPF6 ma wysoką czystość i dobrą jakość, i jest odpowiedni do wysokiej klasy zapotrzebowania na baterię litową. Jednak proces przygotowania ma duże zapotrzebowanie na sprzęt i działanie, a HF pozostały w LiPF6 ma duży wpływ na wydajność baterii.
Inną ważną metodą produkcji LiPF6 jest metoda wymiany kasztanów. Odnosi się do metody wymiany jonowej heksafluorofosforanu ze związkiem zawierającym lit w rozpuszczalniku organicznym w celu uzyskania LiPF6. Główną cechą metody wymiany jonowej jest to, że jest ona prosta i łatwa, ale problem czystości LiPF6 ogranicza jej szerokie zastosowanie.
1.2.2 Nowa sól litowa
Obecnie uwagę zwraca seria systemów elektrolitów na bazie soli litowej o wysokim bezpieczeństwie i dobrych parametrach cyklu. W porównaniu z tradycyjną elektrolitową solą litową LiPF6, chociaż wszechstronna zdolność nie może konkurować z LiPF6, mają oczywiste zalety w różnych aspektach, takich jak LiBOB? ma dobrą stabilność elektrochemiczną i stabilność termiczną, może reagować ze specyficznymi rozpuszczalnikami, tworząc stabilny? SEI? membrana, którą można tłumić po powtarzających się cyklach energii. LiFSI to elektrolit z litową baterią o doskonałych parametrach. Ma doskonałą przewodność i dobrą kompatybilność z materiałami elektrodowymi. LiBF4 ma lepszą stabilność chemiczną i termiczną niż LiPF6, a jego parametry bezpieczeństwa są bardziej znaczące. Jednak duża liczba danych eksperymentalnych dowodzi, że zawsze są pewne nieuniknione oznaczenia przy użyciu pojedynczej soli litu. Na przykład, LiFSI łatwo powoduje korozję aluminium. LiBF4 ma stosunkowo mały promień anionu, silne oddziaływanie z jonami litu i słabą przewodność. Jest on gorszy pod względem wydajności niż akumulator litowo-jonowy do stosowania wyłącznie jako sól litowa elektrolitu. Dlatego sole litu o różnych strukturach i różnych strukturach są mieszane, tak że złożony elektrolit wykazuje doskonałe właściwości nie posiadane przez proste elektrolity, poprawiając w ten sposób działanie elektrolitu w różnych aspektach.
1.2.3 Zalety i wady różnych soli litu
LiBF4: wydajność w niskich temperaturach jest lepsza, ale droga i mniej rozpuszczalna;
LiPF6: Kompleksowa wydajność jest lepsza, a wadą jest łatwa absorpcja wody i hydroliza;
LiBOB: lepsze działanie w wysokich temperaturach, w szczególności hamowanie uszkodzenia insercji rozpuszczalnika na elektrodzie ujemnej, ale rozpuszczalność jest zbyt niska;
LiFSI: nie tylko przyjazny dla środowiska, ale również ma dobrą stabilność termiczną, wrażliwość na wilgoć i przewodność elektryczną;
LiPF2: Poprawia wydajność cyklu i wydajność przechowywania w wysokiej temperaturze, wydajność wyjściową w niskich temperaturach i ochronę przed przeładowaniem oraz zrównoważoną wydajność akumulatorów litowych;
LiTFSI: dobra stabilność elektrochemiczna, wysokie przewodnictwo jonowe, dobra stabilność termiczna i trudna do hydrolizy;
LiTDI: Ma bardzo wysoką liczbę migracji jonów litowych, zmniejszając ilość soli litowej i zmniejszając koszt baterii.
1.3.1 Dodatki
Istnieje wiele rodzajów dodatków, a różni producenci baterii litowo-jonowych mają różne wymagania dotyczące użytkowania i wydajności baterii, a skupienie wybranych dodatków jest również inne. Ogólnie rzecz biorąc, stosowane dodatki mają głównie następujące skutki:
(1) Dodatek filmotwórczy
Nieorganiczne dodatki błonotwórcze: małe cząsteczki, takie jak SO2, CO2 i CO, mogą sprzyjać tworzeniu filmu pasywacyjnego, a dodanie halogenku, takiego jak LiI lub LiBr, może również poprawić folię pasywacyjną.
Organiczne dodatki błonotwórcze: fluorowane, chlorowane i bromowane związki organiczne, takie jak anizol lub jego fluorowcowane pochodne, mogą poprawić wydajność cyklu baterii i zmniejszyć nieodwracalną utratę pojemności baterii. Wśród nich węglan winylenu (VC) jest bardzo dobrym dodatkiem filmotwórczym.
(2) redukcja śladowych ilości wody i dodatków kwasu HF w elektrolicie
Związek karbodiimidowy może zapobiegać hydrolizie LiPF6 do kwasu. Ponadto niektóre tlenki metali, takie jak Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 i podobne, są stosowane do usuwania HF.
(3) Zapobiegaj przeładowaniu i dodatkom do nadpisywania
Związki takie jak aminy organiczne i iminy, bifenyle i karbazole są stosowane jako dodatki zapobiegające przeładowaniu i nadmiernemu rozładowaniu.
(4) Dodatki trudnopalne
Związki fosforoorganiczne, takie jak tetrapropoksysilan (TPOS), tetrametoksysilan (TMOS), związki fluoroorganiczne i fluorowcowane fosforany alkilowe są stosowane jako dodatki opóźniające palenie w niepalnych związkach o wysokiej temperaturze wrzenia o wysokiej temperaturze zapłonu.
(5) Ulepszaj dodatki o niskiej temperaturze działania
N, N-dimetylotrifluoroacetamid, boran organiczny, węglan zawierający fluor i inne o niskiej lepkości, wysokie temperatury zapłonu są korzystne dla poprawy wydajności baterii w niskich temperaturach.
(6) Wielofunkcyjne dodatki
Po dodaniu 12-korona-4 do rozpuszczalnika PC, folia SEI na powierzchni elektrody została zoptymalizowana w celu zmniejszenia pierwszej nieodwracalnej utraty pojemności elektrody. Dodatek fluorowanych rozpuszczalników organicznych i fluorowcowanych fosforanów, takich jak BTE i TTFP do elektrolitu, nie tylko przyczynia się do tworzenia doskonałej błony SEI, ale także wykazuje pewne, a nawet znaczące opóźnianie płomienia dla elektrolitu.