Ličio{0}}jonų akumuliatoriaus elektrolito reikšmė?

◆Kas yra vandeniniai elektrolitai?

◆Įvadas į kietuosius elektrolitus

Elektrolitas, nepakeičiamas komponentasličio{0}}jonų baterijos, atlieka lemiamą vaidmenį akumuliatoriaus įkrovimo{0}}iškrovimo cikluose.

Jis ne tik atsakingas už veiksmingą ličio jonų transportavimą ir srovės laidumą, bet ir turi elektroninės izoliacijos savybes, kurios veiksmingai užkerta kelią tiesioginiam elektronų srautui tarp teigiamų ir neigiamų elektrodų. Vaizdžiai tariant, elektrolitas yra kaip „kraujas“ ličio jonų akumuliatoriuje, užtikrinantis teigiamo ir neigiamo elektrodo medžiagų ryšį, taip užtikrinant sklandų viso įkrovimo{2} iškrovimo proceso eigą.

Idealus elektrolitas ličio{0}}jonų akumuliatoriui turi atitikti šiuos penkis reikalavimus:

Vis{0}}didėjant akumuliatoriaus energijos tankio ir galios tankio poreikiams, baterijų technologija sparčiai vystosi, o elektrodų medžiagos padarė didžiulę pažangą. Priešingai, elektrolitų sistemų kūrimas atsiliko. Šiuo metu ličio -jonų akumuliatorių elektrolitų kūrimą galima plačiai suskirstyti į tris tipus: ne-vandeninius tirpiklių elektrolitus, vandeninius elektrolitus ir kietojo kūno{5}}elektrolitus.

Ne{0}}vandeninis tirpiklis elektrolitas

 

Ne{0}}vandeniniai tirpiklių elektrolitai ličio-jonų akumuliatoriuose reiškia elektrolitų sistemas, kuriose nėra vandens, daugiausia sudarytų iš tirpiklių, tirpių medžiagų (dažniausiai ličio druskų) ir priedų. Šie nevandeniniai tirpikliai paprastai yra organiniai, o ne vandeniniai tirpikliai, kad būtų išvengta vandens elektrolizės arba nepageidaujamų reakcijų su elektrodų medžiagomis. Ličio druskos yra pagrindiniai ličio -jonų transportavimo nešikliai, tirpikliai yra ličio druskų tirpinimo, dispersijos ir atramos priemonė, o priedai pirmiausia padeda pagerinti ličio -jonų baterijų elektrochemines savybes arba saugą.

Komerciniai elektrolitai (ty skysti elektrolitai), naudojami ličio -jonų akumuliatoriuose, daugiausia sudaryti iš vienos ar daugiau ličio druskų, ištirpintų dviejuose ar daugiau organinių tirpiklių; elektrolitai, sudaryti iš vieno tirpiklio, yra labai reti. Kelių tirpiklių naudojimo priežastis yra ta, kad tikrovėms -pasaulio akumuliatoriams keliami skirtingi, netgi prieštaringi, reikalavimai, kuriuos sunku įvykdyti naudojant vieną tirpiklį. Pavyzdžiui, elektrolitams gali prireikti didelio sklandumo, kartu turint didelę dielektrinę konstantą; todėl skirtingų fizikinių ir cheminių savybių tirpikliai dažnai naudojami kartu, kartu pasižymintys skirtingomis savybėmis. Be to, ličio druskos paprastai nenaudojamos vienu metu, nes ličio druskų pasirinkimas yra ribotas, o jų pranašumai nėra lengvai pastebimi.

Idealūs organiniai tirpikliai turi turėti šias pagrindines savybes: Pirma, jiems reikia didelės dielektrinės konstantos, kad būtų užtikrintas geras ličio druskų tirpimas; antra, jie turi turėti žemą lydymosi temperatūrą ir aukštą virimo temperatūrą, kad praplėstų elektrolito darbinės temperatūros diapazoną; trečia, mažas klampumas padeda skatinti efektyvią ličio jonų migraciją terpėje; ir galiausiai šie tirpikliai turėtų būti nebrangūs ir mažai toksiški (idealiu atveju netoksiški). Karbonato junginiai, kaip vienas iš pirmųjų ir plačiausiai naudojamų organinių tirpiklių ličio-jonų baterijų pramonėje, užima itin svarbią vietą akumuliatorių elektrolitų srityje.

Šiuo metu šio tipo tirpikliai daugiausia apima dvi struktūrines formas: ciklinį ir grandininį. Toliau pateiktoje lentelėje apibendrinami atitinkami kelių dažniausiai naudojamų ne-vandeninių tirpiklių, elektrolitų ir organinių tirpiklių fiziniai parametrai.

Šiuo metu elektrolituose plačiai naudojami alkilkarbonato tirpikliai. Šie tirpikliai turi gerą atsparumą oksidacijai ir puikų stabilumą aukštos įtampos sąlygomis. Cikliniai karbonatai, tokie kaip etileno karbonatas ir propileno karbonatas, yra žinomi dėl savo didelių dielektrinių konstantų, o tai reiškia, kad jie gali veiksmingiau ištirpinti ličio druskas; tačiau dėl stiprių tarpmolekulinių jėgų šie tirpikliai pasižymi dideliu klampumu, todėl sulėtėja ličio jonų judėjimas juose. Priešingai, grandinės karbonatai, tokie kaip dimetilkarbonatas ir dietilo karbonatas, nors ir turi mažesnį klampumą, taip pat turi santykinai mažas dielektrines konstantas, todėl ličio druskų tirpimo efektyvumas yra santykinai prastas. Todėl, norint paruošti tirpalo sistemas, turinčias puikų joninį laidumą, dažnai maišomi įvairių tipų tirpikliai, pvz., PC+DEC arba EC+DMC deriniai. Ličio druskos, kaip ličio jonų šaltinis elektrolite, atlieka pagrindinį vaidmenį pernešant ličio jonus įkraunant ir iškraunant ličio -jonų baterijas. Jų veikimas tiesiogiai veikia daugelį ličio{10}jonų baterijų aspektų, įskaitant energijos tankį, galios tankį, darbinės įtampos diapazoną, ciklo veikimo laiką ir saugą. Šiuo metu laboratoriniuose tyrimuose ir pramoninėje praktikoje paprastai pasirenkamos ličio druskos su dideliu anijoniniu spinduliu ir dideliu redokso stabilumu. Pagal jų cheminę sudėtį ličio druskos gali būti plačiai suskirstytos į dvi kategorijas: neorganines ličio druskas ir organines ličio druskas. Buvo sukurtos kelios neorganinės ličio druskos, įskaitant LiPF6, LiClO4, LIBF ir LIASF. Priešingai, ličio -jonų baterijose dažniausiai naudojamos organinės ličio druskos sudaromos prie šių neorganinių ličio druskų anijonų pridedant elektronus -traukiančias grupes, pvz., ličio dioksalato-boratą (LiBOB), ličio difluoroksalato-difluoridą (LiFSI) ir ličio ditrifluormetilsulfonilimido (LTFSI). Toliau pateiktoje lentelėje parodytos atitinkamos fizinės ir cheminės kelių dažniausiai ličio jonų baterijose naudojamų ličio druskų savybės.

Priedai – tai medžiagos, dedamos į elektrolitą mažomis koncentracijomis (dažniausiai ne daugiau kaip 10 % masės), kurios atlieka specifines funkcijas ir gali žymiai pagerinti akumuliatoriaus elektrochemines charakteristikas. Atsižvelgiant į jų funkcijas, šiuos priedus galima plačiai suskirstyti į kelias kategorijas: plėvelę formuojantys priedai, antipirenai ir priedai, apsaugantys nuo perkrovimo. Be to, yra priedų, naudojamų laidumui didinti, našumui optimizuoti žemos-temperatūros sąlygomis arba elektrolito tirpale kontroliuoti pėdsakus ir HF koncentraciją.