Dè a th 'anns an electrolyte ann am bataraidh lithium?
electrolyte
'S e an electrolyte ann am bataraidh lithium-ionan giùlan ianan sa bhataraidh. Mar as trice tha e air a dhèanamh suas de shalainn lithium, solventan organach, agus stuthan cur-ris, mar a chithear ann am Figear 7-4. Tha àite deatamach aig an electrolyte ann a bhith a’ giùlan ions eadar na dealanan dearbhach agus àicheil de bhataraidh lithium-, a’ dèanamh cinnteach gu bheil na buannachdan aige leithid bholtaids àrd agus lùth sònraichte àrd. Mar as trice bidh electrolytes air an ullachadh fo chumhachan sònraichte agus ann an cuibhreannan sònraichte bho fhuasglaidhean organach fìor-ghlan, salainn lithium, agus stuthan cur-ris riatanach. Fhad ‘s a bhios stuthan electrode a’ dearbhadh dùmhlachd lùth a ’bhataraidh, bidh an electrolyte gu bunaiteach a’ dearbhadh a bheatha baidhsagal, coileanadh teòthachd àrd is ìosal, agus sàbhailteachd. Tha bun-stèidh an electrolyte fhathast an ìre mhath gun atharrachadh; Tha ùr-ghnàthachadh gu ìre mhòr na laighe ann an leasachadh salainn lithium ùr-nodha agus stuthan cur-ris, a bharrachd air tuigse nas doimhne air na pròiseasan ceimigeach eadar-aghaidh agus na dòighean a tha an sàs ann am bataraidhean lithium-ion.
Tha iomadh seòrsa de shalainn lithium ann, mar a chithear ann am Figear 7-5, ach chan eil ach glè bheag dhiubh gan cleachdadh ann am bataraidhean lithium-ion a tha rim faighinn gu malairteach. Bu chòir na feartan a leanas a bhith aig salann lithium air leth math:
1) Ceum co-cheangail ìosal, solubhail gu furasta ann an solventan organach, a ’dèanamh cinnteach gu bheil giùlan àrd ionic den electrolyte.
2) Anions le antioxidant agus lùghdachadh an aghaidh; bidh toraidhean lughdachadh a’ comasachadh film SEI seasmhach, ìosal-a chruthachadh.
3) Seasmhachd ceimigeach math, gun a bhith ag adhbhrachadh ath-bheachdan taobh cronail le stuthan electrode, electrolytes, no dealadairean.
4) Pròiseas ullachaidh sìmplidh, cosgais ìseal, neo-puinnseanta agus truailleadh-saor.
Is e LiPF6 an salann lithium as fharsainge. Ged nach e na feartan fa leth aige an fheadhainn as sònraichte, tha e a’ taisbeanadh coileanadh iomlan an ìre mhath as fheàrr ann an electrolytes solventach measgaichte carbonate. Tha na prìomh bhuannachdan a leanas aig LiPF6:
1) Solubility iomchaidh agus seoltachd àrd ionic ann an solventan neo-uisgeach.
2) Faodaidh e film pasivation seasmhach a chruthachadh air uachdar luchd-cruinneachaidh gnàthach foil alùmanum.
3) Bidh e gu synergistically a ’cruthachadh film SEI seasmhach air uachdar electrode grafait le fuasglaidhean carbonate.
Ach, tha droch sheasmhachd teirmeach aig LiPF6 agus tha e buailteach do ath-bhualaidhean lobhadh. Faodaidh fo-thoraidhean milleadh a dhèanamh air film SEI air uachdar an electrode, na pàirtean gnìomhach electrode adhartach a sgaoileadh, agus leantainn gu crìonadh comas rè rothaireachd.
Tha LiBF cuideachd na chur-ris salann lithium air a chleachdadh gu cumanta. An coimeas ri LiPF6, tha raon teòthachd obrachaidh nas fharsainge aig LiBF, seasmhachd teothachd àrd nas fheàrr, agus coileanadh teothachd ìosal nas fheàrr. Tha giùlan àrd aig LiBF, uinneag electrochemical farsaing, agus deagh sheasmhachd teirmeach. Tha a' bhuannachd as motha na laighe anns na feartan cruthachaidh film aige, oir faodaidh e pàirt a ghabhail gu dìreach ann an cruthachadh film SEI.
Gu structarail, tha LiDFOB air a dhèanamh suas de leth-moilecules de LiBOB agus LiBF, a’ cothlamadh buannachdan deagh fhilm-a’ cruthachadh fheartan LiBOB agus an deagh choileanadh ìosal-teodhachd aig LiBF4. An coimeas ri LiBOB, tha solubility nas àirde aig LiDFOB ann am fuasglaidhean sreathach carbonate agus seoltachd electrolyte nas àirde. Tha an coileanadh teòthachd àrd agus ìosal - nas fheàrr na LiPF4, agus tha co-chòrdalachd math aige leis a’ chatod bataraidh, a ’cruthachadh film pasivation air uachdar foil alùmanum agus a’ cur casg air oxidation electrolyte.
Tha buaidh tarraing air ais làidir aig na buidhnean CF₃SO₂ ann an structar LiTFSI, a dh’ adhbhraicheas dì-ghalarachadh a’ chosgais àicheil agus a lughdaicheas co-chaidreachas ian, a dh’ adhbhraicheas solubility àrd an t-salainn. A bharrachd air an sin, tha giùlan dealain àrd aig LiTFSI, teòthachd lobhadh teirmeach àrd, agus chan eil e furasta a uisgeachadh; ge-tà, corraichidh e luchd-cruinneachaidh sruth alùmanum gu mòr aig bholtaids os cionn 3.7V.
Tha feartan tarraing air ais dealain làidir aig na dadaman fluorine anns a’ mholacile LiFSI, a bhios a’ dì-ghalarachadh a’ chosgais àicheil air N, a’ leantainn gu ceangal ian lag agus dissociation furasta de Li +, agus mar sin a’ leantainn gu seoltachd àrd.
Tha LiPO2F2 a’ taisbeanadh deagh choileanadh teothachd ìosal agus cuideachd a’ leasachadh coileanadh teothachd àrd an electrolyte. Mar chur-ris, faodaidh e film SEI a chruthachadh a tha beairteach ann an LixPOyFz agus LiF air uachdar an electrode àicheil, a chuidicheas le bhith a’ lughdachadh bacadh eadar-aghaidh bataraidh agus ag adhartachadh coileanadh cearcall bataraidh. Ach, tha LiPO2F2 cuideachd a 'fulang le sùbailteachd ìseal.
Tha a 'phrìomh phàirt de naelectrolyte leaghanIs e an t-solus organach, a bhios a 'sgaoileadh salainn lithium agus a' toirt seachad inneal-giùlain airson ianan lithium. Feumaidh fuasgladh organach air leth freagarrach airson electrolyte bataraidh lithium- na cumhaichean a leanas a choileanadh:
1) Seasmhach àrd dielectric agus comas sgaoilidh làidir airson salainn lithium.
2) Puing leaghaidh ìosal agus puing goil àrd, a ’cumail staid leaghan thairis air raon teòthachd farsaing.
3) Gluasad ìosal, a’ comasachadh còmhdhail lithium-ion.
4) Deagh sheasmhachd cheimigeach, na dèan cron air structar electrode adhartach is àicheil no a ’sgaoileadh stuthan electrode adhartach is àicheil.
5) Puing-flash àrd, deagh shàbhailteachd, cosgais ìseal, neo-puinnseanta agus neo-thruaillidh.
Tha solventan organach cumanta a thathar a 'cleachdadh ann an electrolytes bataraidh lithium- air an roinn sa mhòr-chuid ann an solventan carbonate agus solventan organach ether, mar a chithear ann am Figear 7-6. Gus electrolyte bataraidh lithium-ion àrd-choileanadh fhaighinn, mar as trice bidh fuasgladh measgaichte anns a bheil dà fhuasgladh organach no barrachd air a chleachdadh, a leigeas leotha cur ri chèile agus coileanadh iomlan nas fheàrr a choileanadh. Tha feartan fiosaigeach solventan carbonate cumanta air an sealltainn ann an Clàr 7-1.
Clàr 7-1 Feartan Fiosaigeach Fuasgladh Carbonate Coitcheann
| Fuasgladh organach | Coimeasach Dielectric Constant | Puing leaghaidh / ceum | Goil / ìre | Viscosity Coefficient |
|---|---|---|---|---|
| Carbonate ethylene (EC) | 89.6 | 37 | 243 | 1.86 |
| Propylene carbonate (PC) | 64.4 | -55 | 240 | 2.53 |
| Dimethyl Carbonate (DMC) | 0.59 | 2 | 91 | 0.59 |
| Diethyl carbonate (DEC) | 2.8 | -43 | 126 | 0.75 |
| Ethyl Methyl Carbonate (EMC) | 3.0 | -53 | 108 | 0.65 |
Tha fuasglaidhean ether organach sa mhòr-chuid a’ toirt a-steach ethers slabhraidh leithid 1,2-dimethoxypropane (DMP), dimethoxymethane (DMM), agus ethylene glycol dimethyl ether (DME), agus ethers cearcallach leithid tetrahydrofuran (THF) agus 2-methyltetrahydrofuran (2-Me-THF). Airson fuasglaidhean ether slabhraidh, mar as fhaide an slabhraidh gualain, is ann as fheàrr an seasmhachd ceimigeach, ach mar as àirde an slaodachd agus is ann as ìsle an ìre imrich lithium-ion. Faodaidh ethylene glycol dimethyl ether a bhith a 'cruthachadh chelate an ìre mhath seasmhach (LiPF6 · DME) le lithium hexafluorophosphate, a' taisbeanadh cumhachd sgaoilidh làidir airson salainn lithium agus a 'leantainn gu giùlan àrd electrolyte. Ach, tha droch sheasmhachd ceimigeach aig DME agus chan urrainn dha film pasivation seasmhach a chruthachadh air uachdar an stuth electrode àicheil.
Tha fuasglaidhean carbonate a’ toirt a-steach carbonatan cearcallach leithid propylene carbonate (PC) agus ethylene carbonate (EC), agus carbonates slabhraidh leithid dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), agus methyl ethyl carbonate (EMC). Tha seasmhach àrd dielectric aig carbonatan cearcallach, a’ dèanamh salainn lithium nas so-sgaoilte, ach tha slaodachd àrd aca cuideachd, a’ leantainn gu ìre imrich lithium- nas ìsle. Tha seasmhach dielectric ìosal aig carbonates slabhraidh agus solubility salann lithium lag, ach slaodachd ìosal agus deagh shreabhadh, a’ comasachadh imrich lithium-ion.
Tha an seòrsa stuth cur-ris lasair airson electrolytes lithium-ionan air an sealltainn ann am Figear 7-7. Tha buaidhean cudromach aig stuthan cur-ris, air an cleachdadh ann an suimean beaga, agus tha iad nan dòigh eaconamach agus practaigeach airson coileanadh bataraidhean lithium-ion a leasachadh. Le bhith a’ cur dòs bheag de chur-ris ri electrolyte bataraidhean lithium-, faodar cuid de fheartan coileanaidh bataraidh a leasachadh gu sònraichte, leithid comas reversible, co-fhreagarrachd electrode/electrolyte, coileanadh baidhsagal, coileanadh reata, agus coileanadh sàbhailteachd, a’ cluich pàirt chudromach ann am bataraidhean ian lithium. Bu chòir na ceithir feartan a leanas a bhith aig cuir-ris electrolyte bataraidh lithium-ion air leth:
1) Solubility àrd ann an solventan organach.
2) Faodaidh tomhas beag leasachadh mòr a dhèanamh air aon no barrachd fheartan coileanaidh.
3) Gun ath-bheachdan taobh cronail le co-phàirtean bataraidh eile a bheir buaidh air coileanadh bataraidh.
4) Cosgais ìseal, neo-phuinnseanta no puinnseanta ìosal.
A rèir an gnìomh, faodar stuthan cur-ris a sheòrsachadh a-steach do stuthan cur-ris giùlain, cuir-ris dìon overcharge, cuir-ris lasair-lasair, cuir-ris film SEI- a’ cruthachadh stuthan cur-ris, luchd-dìon stuthan catod, stabilizers LiPF6, agus cuir-ris gnìomh eile.
Bidh cur-ris giùlain a’ leasachadh coileanadh reata bataraidhean lithium- le bhith a’ co-òrdanachadh le ions electrolyte, a’ brosnachadh sgaoileadh salann lithium, agus ag àrdachadh seoltachd electrolyte. Leis gu bheil cuir-ris giùlain ag obair tro ath-bheachdan co-òrdanachaidh, canar ligand additives riutha cuideachd, agus tha iad air an seòrsachadh ann an ligands anionic, ligands cationic, agus ligands neodrach stèidhichte air an ian eadar-ghnìomhach.
Bidh cuir-ris dìon overcharge a’ toirt seachad dìon cus cosgais no ag àrdachadh fulangas cus cosgais. Tha iad air an seòrsachadh gu gnìomhach ann an cuir-ris redox agus cuir-ris monomer. An-dràsta, is e sreath anisole a th’ ann an cuir-ris redox sa mhòr-chuid, aig a bheil comas redox àrd agus solubility math. Bidh cuir-ris monomer a’ dol tro ath-bheachdan polymerization fo bholtadh àrd, a ’leigeil gasaichean a-mach, agus bidh am polymer a’ còmhdach uachdar stuth catod, a ’cur stad air cosgais. Tha cur-ris monomer sa mhòr-chuid a’ toirt a-steach todhar cùbhraidh leithid xylene agus phenylcyclohexane.
Bidh cuir-ris lasair-lasair ag obair le bhith ag àrdachadh puing lasachaidh an electrolyte no a’ cur crìoch air an ath-bhualadh slabhraidh radaigeach an-asgaidh a chuireas casg air losgadh. Tha na seòrsaichean aca rim faicinn ann am Figear 7-8. Is e a bhith a’ cur ri lasair-lasair aon de na dòighean cudromach air lasadh an electrolyte a lughdachadh, raon teòthachd obrachaidh bataraidhean lithium-ion a leudachadh, agus an coileanadh adhartachadh. Tha dà dhòigh gnìomh stuthan cur-ris lasair-lasair sa mhòr-chuid:
1) Le bhith a’ cruthachadh còmhdach inslithe eadar an ìre gas agus an ìre dhlùthaichte, bidh iad a’ cur casg air losgadh anns an dà chuid anns na h-ìrean dùmhail agus gas.
2) Bidh iad a’ glacadh radicals an-asgaidh tron phròiseas ath-bhualadh losgaidh, a’ cur crìoch air an ath-bhualadh slabhraidh radaigeach an-asgaidh a chuireas casg air ath-bhualaidhean losgaidh eadar na h-ìrean gas.
