Nejprve elektrolyt lithiové iontové baterie
Elektrolyt je jedním ze čtyř klíčových materiálů pro lithium-iontové baterie. Krev lithium-iontových baterií je zárukou vysokonapěťové a vysokoenergetické energie lithium-iontových baterií. Elektrolyt se skládá převážně z organického rozpouštědla s vysokou čistotou, z lithiové soli elektrolytu a suroviny potřebné přísady a je za určitých podmínek připraveno podle určitého poměru.
1.1 organické rozpouštědlo
Organické rozpouštědlo se obecně smísí s vysokým dielektrickým konstantním rozpouštědlem v rozpouštědle s nízkou viskozitou. Obvykle používané soli lithia elektrolytu jsou chloristan draselný, hexafluorofosforečnan draselný, tetrafluoroboritan draselný atd., Z hlediska nákladů, bezpečnosti a podobně, hexafluorofosforečnan draselný. Je to hlavní elektrolyt používaný v komerčních lithium-iontových bateriích.
Obvykle používanými organickými rozpouštědly v elektrolytech lithium-iontové baterie jsou ethylenkarbonát (EC), diethylkarbonát (DEC), dimethylkarbonát (DMC), ethylmethylkarbonát (EMC), propylenkarbonát (PC), kyselina akrylová B. Ester (EA) akrylát (MA) a podobně. Před použitím musí být organické rozpouštědlo přísně kontrolováno. Čistota rozpouštědla úzce souvisí se stabilním napětím. Vlhkost organického rozpouštědla hraje rozhodující roli při formulaci kvalifikovaného elektrolytu. Snížení vody pod 10-6 může snížit rozklad hexafluorofosforečnanu lithného, zpomalit rozklad filmu SEI a zabránit růstu plynu. Obsah vlhkosti lze dosáhnout adsorpcí molekulárního síta, atmosférickou nebo vakuovou destilací a zaváděním inertního plynu. Aby se získal roztok s vysokou iontovou vodivostí, aby se ionty lithia rychle pohybovaly, je rozpouštědlem obecně směsný materiál, jako je ethylenkarbonát (EC) + dimethylkarbonát (DMC), ethylenkarbonát (EC) + diethylkarbonát. Ester (DEC).
1,2 lithiová sůl elektrolytu
Elektrolytová lithiová sůl představuje největší náklady elektrolytu, což představuje přibližně 40% nákladů elektrolytu. LiPF6 je nejčastěji používaná lithiová sůl elektrolytu, která je stabilní vůči záporné elektrodě, má vysokou elektrickou vodivost, velkou kapacitu vypouštění, malý vnitřní odpor a rychlou rychlost nabíjení a vypouštění. Je však citlivý na vlhkost a HF a jeho reakce by se měla provádět v suché atmosféře (např. V odkládací schránce). Nejsou odolné vůči vysokým teplotám a dochází k rozkladové reakci při 80 ° C až 100 ° C za vzniku pentafluoridu fosforečného a fluoridu lithného. . Vzhledem k nákladům, bezpečnosti a dalším aspektům má hexafluorofosfát lithný vynikající iontovou vodivost, vynikající oxidační stabilitu a nízké znečištění životního prostředí. V současné době je preferovaným elektrolytem lithium-iontové baterie a používá se také v komerčních lithium-iontových bateriích. Hlavní elektrolyt. Kromě toho přilákaly LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI a další řady elektrolytických systémů s lithiovou solí s vysokou bezpečností a dobrým cyklem.
1.2.1. Hexafluorfosfát lithný
V současnosti je související výzkum procesu přípravy LiPF6 rozdělen do dvou kategorií: metoda rozpouštědla HF a metoda iontové výměny. HF? Metoda rozpouštědla je nejtradičnější metodou přípravy LiPF6 rozpuštěním LiF v rozpouštědle HF a následným přímým zaváděním látky obsahující fosfor nebo fluor a odpaření nebo ochlazení krystalu po reakci za získání konečného produktu. Metoda je hlavní metodou průmyslových zařízení a připravený LiPF6 je vysoce čistý a kvalitní a je vhodný pro vysokou poptávku po výrobě lithiové baterie. Přípravný proces má však vysoký požadavek na vybavení a provoz a HF zbývající v LiPF6 má velký vliv na výkon baterie.
Další hlavní výrobní metodou pro LiPF6 je metoda výměny kaštanu. Vztahuje se k způsobu iontové výměny hexafluorofosfátu s lithiem obsahující sloučeninou v organickém rozpouštědle za získání LiPF6. Hlavním rysem metody iontové výměny je to, že je jednoduché a snadné, ale problém čistoty LiPF6 omezuje jeho širokou aplikaci.
1.2.2 Nová lithiová sůl
V současné době přilákala řada elektrolytických systémů s lithiovou solí s vysokou bezpečností a dobrým cyklem. Ve srovnání s tradiční lithiovou solí LiPF6 elektrolytem, i když komplexní schopnost nemůže konkurovat LiPF6, mají zřejmé výhody v různých aspektech, jako je LiBOB? má dobrou elektrochemickou stabilitu a tepelnou stabilitu, může reagovat se specifickými rozpouštědly za vzniku stabilního? SEI? membrána, která může být po opakovaných cyklech energie oslabena. LiFSI je elektrolyt s lithiovou baterií s vynikajícím výkonem. Má výbornou vodivost a dobrou kompatibilitu s elektrodovými materiály. LiBF4 má lepší chemickou a tepelnou stabilitu než LiPF6 a jeho bezpečnostní výkon je pozoruhodnější. Nicméně velké množství experimentálních dat dokazuje, že vždy existují určité nevyhnutelné stanovení s použitím jedné lithiové soli. LiFSI například snadno způsobuje koroze hliníku. LiBF4 má relativně malý poloměr anionů, silnou interakci s ionty lithia a slabou vodivost. Výkonný je jako lithium-iontová baterie pro použití jako samotná lithiová sůl elektrolytu. Proto se sdružují lithné soli různých struktur a různých struktur, takže kompozitní elektrolyt vykazuje vynikající vlastnosti, které nemají jednoduché elektrolyty, čímž se zlepšuje výkon elektrolytu v různých aspektech.
1.2.3 Výhody a nevýhody různých solí lithia
LiBF4: nízká teplota je lepší, ale drahá a méně rozpustná;
LiPF6: Komplexní výkon je lepší a nevýhodou je snadná absorpce vody a hydrolýza;
LiBOB: výkonnost při vysokých teplotách je lepší, zvláště brání poškození rozpouštědla vůči záporné elektrodě, ale rozpustnost je příliš nízká;
LiFSI: nejen šetrný k životnímu prostředí, ale také má dobrou tepelnou stabilitu, citlivost na vlhkost a elektrickou vodivost;
LiPF2: Zlepšuje výkonnost a úložný výkon při vysokých teplotách, nízkoteplotní výstupní výkon a ochranu proti nadměrnému nabíjení a vyváženou kapacitu lithiových baterií;
LiTFSI: dobrá elektrochemická stabilita, vysoká iontová vodivost, dobrá tepelná stabilita a obtížné hydrolyzovat;
LiTDI: Má velmi vysoké množství iontů lithia, snižuje množství soli lithia a snižuje náklady na baterii.
1.3.1 Přídatné látky
Existuje mnoho druhů přísad a různí výrobci lithium-iontových akumulátorů mají odlišné požadavky na použití a výkon baterie, a také se zaměřuje na vybrané přísady. Obecně platí, že použité přísady mají především následující účinky:
(1) Přípravek pro tvorbu filmů
Anorganické přísady vytvářející film: malé molekuly, jako je SO2, CO2 a CO, mohou podporovat tvorbu pasivačního filmu a přidání halogenidu, jako je LiI nebo LiBr, může také zlepšit pasivační film.
Organické přísady vytvářející film: fluorované, chlorované a bromované organické sloučeniny, jako je anisol nebo jeho halogenované deriváty, mohou zlepšit výkon cyklu baterie a snížit nevratnou ztrátu kapacity baterie. Z nich je vinylenkarbonát (VC) velmi dobrou filmotvornou přísadou.
(2) redukce stopové vody a přísad kyseliny HF v elektrolytu
Karbodiimidová sloučenina může zabránit hydrolýze LiPF6 na kyselinu. Kromě toho se k odstranění HF používají některé oxidy kovů, jako je AI2O1, MgO, BaO, Li2C0l, CaC03 a podobně.
(3) Zabraňte přetížení a nadbytečné přísady
Sloučeniny, jako jsou organické aminy a iminy, bifenyly a karbazoly, se používají jako přísady, aby se zabránilo přetížení a nadměrnému vybití.
(4) Přísady zpomalující hoření
Organické sloučeniny fosforu, jako jsou tetrapropoxysilan (TPOS), tetramethoxysilan (TMOS), organofluorinové sloučeniny a halogenované alkylfosfáty, se používají jako přísady zpomalující hoření v nehořlavých sloučeninách s vysokým bodem vzplanutí.
(5) Zlepšete přísady s nízkou teplotou
N, N-dimethyltrifluoracetamid, organický borid, uhličitan obsahující fluor a další nízké viskozity, vysoký bod vzplanutí je přínosem pro zlepšení nízkoteplotního výkonu baterie.
(6) Multifunkční přísady
Po přidání 12-korunové-4 do PC rozpouštědla byla fólie SEI na rozhraní elektrody optimalizována pro snížení první nevratné ztráty kapacity elektrody. Přidání fluorovaných organických rozpouštědel a halogenovaných fosfátů, jako je BTE a TTFP, do elektrolytu nejen přispívá k vytvoření vynikajícího SEI filmu, ale má také určitou nebo dokonce významnou retardaci hoření elektrolytu.