Lítium-iónová batéria Elektrolyt Formulácia Úvod

Elektrolyty lítium-iónových batérií sú neparlačné kvapalné elektrolyty zložené z organických rozpúšťadiel a elektrolytových lítiových solí. Samozrejme, existujú pevné elektrolyty. Z čoho sú vyrobené? Poďme sa pozrieť.

1. Elektrolyt tekutej lítium-iónovej batérie

Výber elektrolytu má veľký vplyv na výkon lítium-iónových batérií. Musí byť chemicky stabilný, najmä nie je ľahké rozložiť pri vyšších potenciáloch a prostredí s vyššou teplotou a má vyššiu iónovú vodivosť (>10-3s) /cm) a musí byť inertný k anóde a katódovým materiálom a nemôže ich korodovať.

Vodivé soli zahŕňajú LiCIO4, LiPF6, LiBF6, LiA SF6 a LiOSO2CF3 a ich elektrická vodivosť je v poradí LiAsF6>LiPF6>LiCIO4>LiBF6>LiOSO2CF3. LiClO4 je náchylný na bezpečnostné problémy, ako je explózia v dôsledku jeho vysokej oxidovateľnosti, ktorá je vo všeobecnosti obmedzená na experimentálne štúdie; LiAsF6 má vysokú iónovú vodivosť, jednoduché čistenie a dobrú stabilitu, ale obsahuje toxické As, a jeho použitie je obmedzené;

LiBF6 má zlú chemickú a tepelnú stabilitu a nízku elektrickú vodivosť. LiO SO2CF3 má zlú elektrickú vodivosť a má korozívny účinok na elektródu, takže sa používa zriedka; hoci LiPF6 podstúpi rozkladovú reakciu, má vysokú iónovú vodivosť, takže súčasný lítium-iónový batéria v podstate používa LiPF6. V súčasnosti väčšina elektrolytov používaných v komerčných lítium-iónových batériách používa LiPF6 EC2DMC, ktorý má vyššiu iónovú vodivosť a lepšiu elektrochemickú stabilitu.

2. Pevný elektrolyt

Priame použitie kovového lítia ako anódového materiálu má vysokú reverzibilnú kapacitu, jeho teoretická kapacita je až 3862mAh-g-1, čo je viac ako desaťnásobok ceny grafitových materiálov, a cena je nižšia. Považuje sa za najatraktívnejšiu novú generáciu lítium-iónových batérií. Anódový materiál, ale bude produkovať dendritické lítium. Použitie pevného elektrolytu ako iónového vedenia môže inhibovať rast dendritického lítia, čo umožňuje použitie kovového lítia ako anódového materiálu. Okrem toho, použitie pevného elektrolytu môže zabrániť nedostatkom úniku kvapalného elektrolytu, a batéria môže byť do tenšie (len 0,1 mm tlstý), vyššiu energetickú hustotu, a menší objem high-energie batérie.

Pevný polymér elektrolyt má vlastnosti dobrej flexibility, filmotvorné vlastnosti, stabilitu a nízke náklady. Môže sa použiť ako separátor medzi pozitívnymi a negatívnymi elektródami a ako elektrolyt na prenos iónov.

Tuhé polymérne elektrolyty možno vo všeobecnosti rozdeliť na suché pevné polymérne elektrolyty (SPE) a gélové polymérne elektrolyty (GPE). Spe pevný polymér elektrolyt je založený hlavne na polyetylénoxidu (PEO). Jeho nevýhodou je, že iónová vodivosť je nízka, čo môže dosiahnuť len 10-40 cm pri 100 °C.

Pridanie kvapalného organického rozpúšťadla s vysokou dielektrickou konštantou a nízkou molekulovou hmotnosťou, ako je PC, do pevného polymérneho elektrolytu môže výrazne zlepšiť rozpustnosť vodivej soli. Vytvorený elektrolyt je polymérový elektrolyt GPE, ktorý má vysokú teplotu pri izbovej teplote. Iónová vodivosť, ale v procese používania, bude úniku von a stať sa neplatné. Gel polymér lítium-iónové batérie boli komerčne.

3. Gélový elektrolyt

Hlavné zložky gélového polymérneho elektrolytu sú v podstate rovnaké ako kvapalný organický elektrolyt, okrem toho, že tekutý organický elektrolyt je adsorbovaný na gélovej polymérovej matrici. Preto by okrem vyššie uvedených podmienok mala mať aj priľnavosť medzi elektródou aktívny materiál Dobrá priľnavosť, všetky rozpúšťadlá sú upevnené v polymérovej matrici, nie je voľné organické rozpúšťadlo, aby sa zabezpečilo, že žiadny únik, dobrý ohybový výkon a vysoká mechanická pevnosť.

Elektrolyt lítium-iónovej batérie by mal spĺňať:

Lítium-iónová má vysokú vodivosť, ktorá je 3×10-3~2×10-2S/cm v širokom rozsahu teplôt;

B má široké elektrochemické okno, to znamená, že je stabilný v širokom rozsahu napätia (pre lítium-iónové batérie, musí byť stabilný pri 4,5 V) bez reakcie rozkladu, to znamená, že má dobrú oxidaciu stabilitu.

C je chemicky stabilný, to znamená, že v podstate nereaguje s elektródami batériového systému, ako je pozitívna elektróda, negatívna elektróda, prúdový kolektor, separátor a lepidlo;

D je zaručené, že je kvapalina v širokom teplotnom rozsahu, všeobecne dúfam, že teplotný rozsah je -40 ~+700C

E má dobré vlastnosti solvácie pre ióny;

F je netoxický, nízky tlak pár, bezpečný na použitie;

G môže čo najviac podporovať reverzibilnú reakciu elektródy a má dobrú kompatibilitu s elektródou;

H je ľahko pripraviť a nízke náklady.