Tifsira ta' elettrolit tal-batterija tal-litju-jone?

◆X'inhuma l-elettroliti milwiema?

◆Introduzzjoni għal Elettroliti Solidi

L-elettrolit, komponent indispensabbli ta 'batteriji tal-litju-jone, għandu rwol kruċjali fiċ-ċikli ta' ċarġ-ċarġ tal-batterija.

Huwa mhux biss responsabbli għat-trasport effiċjenti ta 'jonji tal-litju u l-konduzzjoni tal-kurrent, iżda jippossjedi wkoll proprjetajiet ta' insulazzjoni elettroniċi biex jipprevjenu b'mod effettiv il-fluss dirett ta 'elettroni bejn l-elettrodi pożittivi u negattivi. B'mod figurattiv, l-elettrolit huwa bħad-"demm" ġewwa batterija tal-litju-jone, li jiżgura l-konnettività bejn il-materjali tal-elettrodi pożittivi u negattivi, u b'hekk tiggarantixxi l-progress bla xkiel tal-proċess kollu ta 'ċarġ-.

Elettrolit ideali għal batterija tal-litju-jone għandu jissodisfa l-ħames rekwiżiti li ġejjin:

Bid-domanda dejjem -li dejjem qed tiżdied għad-densità tal-enerġija tal-batterija u d-densità tal-enerġija, it-teknoloġija tal-batterija qed tiżviluppa malajr, u l-materjali tal-elettrodi għamlu progress tremend. B'kuntrast, l-iżvilupp tas-sistemi ta 'elettroliti baqa' lura. Bħalissa, l-iżvilupp tal-elettroliti tal-batteriji tal-litju-jone jista 'jiġi kklassifikat b'mod wiesa' fi tliet tipi: elettroliti tas-solvent mhux-akweu, elettroliti milwiema, u elettroliti tal-istat-solidu.

Elettrolit tas-solvent mhux-ilma

 

L-elettroliti tas-solvent mhux-akweu f'batteriji tal-litju-jone jirreferu għal sistemi ta' elettroliti li ma fihomx ilma, magħmulin prinċipalment minn solventi, soluti (ġeneralment melħ tal-litju), u addittivi. Dawn is-solventi mhux-akwei huma tipikament solventi organiċi, aktar milli solventi milwiema, biex tiġi evitata l-elettroliżi tal-ilma jew reazzjonijiet avversi b'materjali tal-elettrodi. L-imluħa tal-litju huma t-trasportaturi primarji għat-trasport tal-litju-jone, is-solventi iservu bħala x-xoljiment, it-tixrid u l-appoġġ għall-imluħa tal-litju, u l-addittivi primarjament jiffunzjonaw biex itejbu l-prestazzjoni elettrokimika jew is-sikurezza tal-batteriji tal-litju-jone.

Elettroliti disponibbli kummerċjalment (jiġifieri, elettroliti likwidi) użati fil-batteriji tal-litju-jone huma primarjament komposti minn melħ tal-litju wieħed jew aktar maħlul f'żewġ solventi organiċi jew aktar; elettroliti komposti minn solvent wieħed huma rari ħafna. Ir-raġuni għall-użu ta' solventi multipli hija li l-batteriji tad-dinja reali-għandhom rekwiżiti differenti, anke kontradittorji, li huma diffiċli biex jintlaħqu bl-użu ta' solvent wieħed. Pereżempju, l-elettroliti jistgħu jeħtieġu fluwidità għolja filwaqt li għandhom ukoll kostanti dielettrika għolja; għalhekk, solventi bi proprjetajiet fiżikokimiċi differenti ħafna drabi jintużaw flimkien, li juru karatteristiċi differenti simultanjament. Barra minn hekk, l-imluħa tal-litju ġeneralment ma jintużawx simultanjament minħabba li l-għażla tal-melħ tal-litju hija limitata, u l-vantaġġi tagħhom mhumiex apparenti faċilment.

Is-solventi organiċi ideali għandhom ikollhom il-proprjetajiet ewlenin li ġejjin: L-ewwel, jeħtieġu kostanti dielettrika għolja biex jiżguraw dissoluzzjoni tajba tal-melħ tal-litju; it-tieni, għandu jkollhom punt ta 'tidwib baxx u punt ta' togħlija għoli biex iwessgħu l-firxa tat-temperatura operattiva tal-elettrolit; it-tielet, viskożità baxxa tgħin biex tippromwovi migrazzjoni effiċjenti ta 'jonji tal-litju fil-medju; u finalment, dawn is-solventi għandhom ikunu rħas u jkollhom tossiċità baxxa (idealment mhux-tossiċi). Il-komposti tal-karbonat, bħala wieħed mis-solventi organiċi l-aktar kmieni u użati fl-industrija tal-batteriji tal-litju-jone, jokkupaw pożizzjoni kruċjali fil-qasam tal-elettroliti tal-batteriji.

Bħalissa, dan it-tip ta 'solvent jinkludi prinċipalment żewġ forom strutturali: ċikliku u katina. It-tabella ta' hawn taħt tiġbor fil-qosor il-parametri fiżiċi rilevanti ta' diversi solventi, elettroliti u solventi organiċi mhux-lwiema użati b'mod komuni.

Bħalissa, is-solventi tal-karbonat tal-alkil jintużaw ħafna fl-elettroliti. Dawn is-solventi għandhom reżistenza tajba għall-ossidazzjoni u juru stabbiltà eċċellenti taħt kundizzjonijiet ta 'vultaġġ għoli. Karbonati ċikliċi, bħall-karbonat tal-etilene u l-karbonat tal-propilene, huma magħrufa għall-kostanti dielettriċi għolja tagħhom, li jfisser li jistgħu jdewbu l-melħ tal-litju b'mod aktar effettiv; madankollu, minħabba forzi intermolekulari qawwija, dawn is-solventi għandhom viskożità għolja, li jnaqqas il-moviment tal-joni tal-litju fi ħdanhom. B'kuntrast, karbonati tal-katina, bħal karbonat tad-dimetil u karbonat tad-dietil, filwaqt li għandhom viskożità aktar baxxa, għandhom ukoll kostanti dielettriċi relattivament baxxi, li jirriżultaw f'effiċjenza ta 'dissoluzzjoni relattivament fqira għall-melħ tal-litju. Għalhekk, biex tipprepara sistemi ta 'soluzzjoni b'konduttività jonika superjuri, tipi differenti ta' solventi ħafna drabi jitħalltu, bħal kombinazzjonijiet PC + DEC jew EC + DMC. L-imluħa tal-litju, bħala s-sors tal-jonji tal-litju fl-elettrolit, għandhom rwol ewlieni fit-trasport tal-jone tal-litju- waqt il-proċess tal-iċċarġjar u l-ħatt tal-batteriji tal-jone tal-litju-. Il-prestazzjoni tagħhom taffettwa direttament ħafna aspetti tal-batteriji tal-jone-litju, inklużi d-densità tal-enerġija, id-densità tal-enerġija, il-firxa tal-vultaġġ operattiv, il-ħajja taċ-ċiklu, u s-sikurezza. Bħalissa, fir-riċerka tal-laboratorju u l-prattika industrijali, tipikament jintgħażlu melħ tal-litju b'raġġi anjoniċi kbar u stabbiltà redox għolja. Ibbażat fuq il-kompożizzjoni kimika tagħhom, l-imluħa tal-litju jistgħu jiġu kklassifikati b'mod wiesa 'f'żewġ kategoriji: melħ tal-litju inorganiku u melħ organiku tal-litju. Ġew żviluppati diversi melħ tal-litju inorganiku, inklużi LiPF6, LiClO4, LIBF, u LIASF. B'kuntrast, melħ organiku tal-litju użat b'mod komuni f'batteriji tal-litju-jone huma fformulati billi jiżdiedu-gruppi li jiġbdu l-elettroni mal-anjoni ta' dawn l-imluħa tal-litju inorganiċi, bħall-litju dioxalato-borat (LiBOB), difluworooxalato tal-litju (lithium difluorooxalato{{20}ODliFBoromide) (LiFSI), u ditrifluorometilsulfonylimide tal-litju (LTFSI). It-tabella hawn taħt turi l-proprjetajiet fiżikokimiċi rilevanti ta 'diversi melħ tal-litju użati b'mod komuni f'batteriji tal-litju-jone.

L-addittivi huma sustanzi miżjuda mal-elettrolit f'konċentrazzjonijiet baxxi (ġeneralment mhux aktar minn 10% bil-massa) li għandhom funzjonijiet speċifiċi u jistgħu jtejbu b'mod sinifikanti l-karatteristiċi elettrokimiċi tal-batterija. Abbażi tal-funzjonijiet tagħhom, dawn l-addittivi jistgħu jiġu kklassifikati b'mod wiesa 'f'diversi kategoriji: addittivi li jiffurmaw il-film-, ritardanti tal-fjammi, u addittivi biex jipprevjenu ċċarġjar żejjed. Barra minn hekk, hemm addittivi użati biex itejbu l-konduttività, jottimizzaw il-prestazzjoni taħt kundizzjonijiet ta'-temperatura baxxa, jew jikkontrollaw traċċi ta' ammonti u konċentrazzjonijiet HF fis-soluzzjoni tal-elettroliti.