Prvo, elektrolit litijum-jonske baterije
Elektrolit je jedan od četiri ključna materijala za litijum-jonske baterije. Krv litijum-jonskih baterija je garancija za visokonaponsku i visokoenergetsku energiju litijum-jonskih baterija. Elektrolit se uglavnom sastoji od organskog rastvarača visoke čistoće, litijumske soli elektrolita i sirovine potrebnog aditiva, i priprema se prema određenom omjeru pod određenim uvjetima.
1.1 organski rastvarač
Organski rastvarač se generalno meša sa visokim dielektričnim konstantnim rastvaračem u rastvaraču niske viskoznosti. Uobičajeno korištene elektrolitne litijeve soli su kalijev perklorat, kalijev heksafluorofosfat, kalijev tetrafluoroborat, itd., S obzirom na troškove, sigurnost i slično, kalijev heksafluorofosfat To je glavni elektrolit koji se koristi u komercijalnim litij-ionskim baterijama.
Najčešće korišćeni organski rastvarači u elektrolitima litijum-jonske baterije su etilenski karbonat (EC) dietil karbonat (DEC), dimetil karbonat (DMC), etil metil karbonat (EMC), propilen karbonat (PC), akrilna kiselina B. Ester (EA), metil akrilata (MA) i slično. Organski rastvarač se mora strogo kontrolisati prije upotrebe. Čistoća otapala je usko povezana sa stabilnim naponom. Vlaga organskog rastvarača igra odlučujuću ulogu u formulisanju kvalifikovanog elektrolita. Spuštanje vode ispod 10-6 može smanjiti razgradnju litij heksafluorofosfata, usporiti razgradnju SEI filma i spriječiti rast plina. Sadržaj vlage može se postići adsorpcijom molekularnih sita, atmosferskom ili vakuumskom destilacijom i uvođenjem inertnog plina. Da bi se dobio rastvor sa visokom jonskom provodljivošću tako da se u njemu brzo kreću litijevi joni, rastvarač je generalno mešani materijal kao što je etilen karbonat (EC) + dimetil karbonat (DMC), etilen karbonat (EC) + dietil karbonat. Ester (DEC).
1.2 litijumska sol elektrolita
Sol elektrolita litijum predstavlja najveći trošak elektrolita, što čini oko 40% troškova elektrolita. LiPF6 je najčešće korištena litijeva sol elektrolita, koja je stabilna na negativnu elektrodu, ima visoku električnu provodljivost, veliki kapacitet pražnjenja, mali unutrašnji otpor i brzu brzinu punjenja i pražnjenja. Međutim, on je osjetljiv na vlagu i HF, a njegova reakcija treba biti izvedena u suhoj atmosferi (kao što je pretinac za rukavice). Nije otporna na visoke temperature, a reakcija razgradnje se odvija pri 80 ° C do 100 ° C da bi se formirao fosfor pentafluorid i litij fluorid. . S obzirom na troškove, sigurnost i druge aspekte, litij heksafluorofosfat ima prednosti izvanredne ionske provodljivosti, superiorne oksidacione stabilnosti i niskog zagađenja okoline. Trenutno je poželjan elektrolit litijum-jonske baterije i koristi se u komercijalnim litijum-jonskim baterijama. Glavni elektrolit. Pored toga, LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI i drugi sistemi elektrolita litijum soli sa visokom sigurnošću i dobrim performansama ciklusa su privukli pažnju.
1.2.1 Litij heksafluorofosfat
Trenutno, srodna istraživanja o procesu pripreme LiPF6 su uglavnom podijeljena u dvije kategorije: HF metoda otapala i metoda ionske izmjene. The HF? Metoda rastvarača je najtradicionalniji metod za pripremu LiPF6 rastvaranjem LiF u HF otapalu i zatim direktno unošenjem supstance koja sadrži fosfor ili fluor, i isparavanje ili hlađenje kristala nakon reakcije da bi se dobio konačni proizvod. Metoda je glavna metoda industrijske opreme, a pripremljeni LiPF6 ima visoku čistoću i dobar kvalitet, te je pogodan za potrebe proizvodnje vrhunskih litijumskih baterija. Međutim, proces pripreme ima veliku potražnju za opremom i radom, a HF koji ostaje u LiPF6 ima veliki uticaj na performanse baterije.
Još jedan od glavnih načina proizvodnje LiPF6 je metoda razmjene kestena. Odnosi se na metodu ionske izmjene heksafluorofosfata sa spojem koji sadrži litij u organskom rastvaraču da bi se dobio LiPF6. Glavna karakteristika metode jonske izmene je da je jednostavna i laka, ali problem čistoće LiPF6 ograničava njegovu široku primenu.
1.2.2 Nova litijeva sol
Trenutno, serija litijumskih solnih sistema elektrolita sa visokom sigurnošću i dobrim performansama ciklusa privukla je pažnju. U poređenju sa tradicionalnom litijumskom soli LiPF6, iako sveobuhvatna sposobnost ne može da se takmiči sa LiPF6, oni imaju očigledne prednosti u različitim aspektima, kao što je LiBOB? ima dobru elektrokemijsku stabilnost i termičku stabilnost, može reagovati sa specifičnim rastvaračima da bi formirao stabilnu SEI? membrana, koja se može smanjiti nakon ponovljenih ciklusa energije. LiFSI je elektrolit litijumske baterije sa odličnim performansama. Ima odličnu provodljivost i dobru kompatibilnost sa elektrodnim materijalima. LiBF4 ima bolju hemijsku i termičku stabilnost od LiPF6, a njegova sigurnost je značajnija. Međutim, veliki broj eksperimentalnih podataka dokazuje da uvijek postoje neke neizbježne odrednice pomoću jedne litijeve soli. Na primer, LiFSI je lako izazvati koroziju aluminijuma. LiBF4 ima relativno mali radijus aniona, jaku interakciju sa litijumskim jonima i slabu provodljivost. Inferioran je u performansama kao litijum-jonska baterija za upotrebu samo kao litijumska sol elektrolita. Stoga, litijeve soli različitih struktura i različitih struktura su složene, tako da kompozitni elektrolit pokazuje odlična svojstva koja nemaju jednostavni elektroliti, čime se poboljšavaju performanse elektrolita u različitim aspektima.
1.2.3 Prednosti i nedostaci raznih litijumskih soli
LiBF4: Niskotemperaturne performanse su bolje, ali skupe i manje topljive;
LiPF6: Sveobuhvatne performanse su bolje, a nedostatak je lako upijanje vode i hidroliza;
LiBOB: bolji su radni učinci pri visokim temperaturama, posebno sprečavajući oštećenje otapala na umetanje negativne elektrode, ali je rastvorljivost preniska;
LiFSI: ne samo ekološki, već ima dobru termičku stabilnost, osjetljivost na vlagu i električnu provodljivost;
LiPF2: Poboljšava performanse visokih temperatura i performanse skladištenja, performanse niskih temperatura i zaštitu od preopterećenja i balansirane performanse litijskih baterija;
LiTFSI: dobra elektrokemijska stabilnost, visoka jonska provodljivost, dobra termička stabilnost i teška za hidrolizu;
LiTDI: Ima veoma veliki broj migracija litijum jona, smanjujući količinu litijumove soli i smanjujući troškove baterije.
1.3.1 Aditivi
Postoje mnoge vrste aditiva, a različiti proizvođači litij-ionskih baterija imaju različite zahtjeve za upotrebu i performanse baterije, a fokus odabranih aditiva je također različit. Općenito, korišteni aditivi uglavnom imaju sljedeće učinke:
(1) Aditiv za oblikovanje filma
Neorganski aditivi za formiranje filma: mali molekuli kao što su SO2, CO2 i CO mogu promovisati formiranje pasivnog filma, a dodavanje halida kao što je LiI ili LiBr takođe može poboljšati pasivizacijski film.
Aditivi za formiranje organskog filma: fluorisana, hlorisana i bromirana organska jedinjenja kao što su anizol ili njegovi halogenirani derivati mogu poboljšati radni učinak baterije i smanjiti nepovratni gubitak kapaciteta baterije. Među njima, vinilen karbonat (VC) je vrlo dobar aditiv za formiranje filma.
(2) smanjivanje količine vode u tragovima i HF kiselina u elektrolitu
Karbodiimidno jedinjenje može sprečiti hidrolizu LiPF6 u kiselinu. Osim toga, neki metalni oksidi kao što su Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 i slično se koriste za uklanjanje HF.
(3) Spriječiti prekomjerno punjenje i aditive za prekomjerno pražnjenje
Jedinjenja kao što su organski amini i imini, bifenili i karbazoli se koriste kao aditivi za sprečavanje prekomernog punjenja i prekomernog pražnjenja.
(4) Aditivi koji usporavaju gorenje
Organofosforna jedinjenja kao što su tetrapropoksisilan (TPOS), tetrametoksisilan (TMOS), organofluorna jedinjenja i halogenisani alkil fosfati se koriste kao aditivi za usporavanje plamena u visokim tačkama paljenja, nezapaljivih jedinjenja.
(5) Poboljšati aditive za niske temperature
N, N-dimetiltrifluoroacetamid, organski borid, karbonat koji sadrži fluor i druga niska viskoznost, visoka plamište je korisno za poboljšanje performansi baterije pri niskim temperaturama.
(6) Multifunkcionalni aditivi
Nakon dodavanja 12-krunice-4 u PC rastvarač, SEI film na interfejsu elektroda je optimiziran da se smanji prvi nepovratni gubitak kapaciteta elektrode. Dodavanje fluoriranih organskih rastvarača i halogeniranih fosfata kao što su BTE i TTFP u elektrolit ne samo da doprinosi formiranju odličnog SEI filma, već takođe ima određenu ili čak značajnu retardaciju plamena za elektrolit.