Najskôr elektrolyt lítium-iónovej batérie
Elektrolyt je jedným zo štyroch kľúčových materiálov pre lítium-iónové batérie. Krv lítium-iónových batérií je zárukou vysokonapäťovej a vysokoenergetickej energie lítium-iónových batérií. Elektrolyt sa skladá hlavne z organického rozpúšťadla s vysokou čistotou, z lítiovej soli elektrolytu a suroviny potrebnej prísady a pripravuje sa za určitých podmienok podľa určitého pomeru.
1.1 organické rozpúšťadlo
Organické rozpúšťadlo sa vo všeobecnosti zmieša s vysoko dielektrickým konštantným rozpúšťadlom v rozpúšťadle s nízkou viskozitou. Bežne používané soli lítnych elektrolytov sú chloristan draselný, hexafluorofosforečnan draselný, tetrafluoroboritan draselný atď., Vzhľadom na cenu, bezpečnosť a podobne, hexafluórfosforečnan draselný. Je to hlavný elektrolyt používaný v komerčných lítium-iónových batériách.
Bežne používané organické rozpúšťadlá v elektrolytoch lítium-iónových batérií sú etylénkarbonát (EC) dietylkarbonát (DEC), dimetylkarbonát (DMC), etylmetylkarbonát (EMC), propylénkarbonát (PC), kyselina akrylová B. Ester (EA) akrylát (MA) a podobne. Pred použitím musí byť organické rozpúšťadlo prísne kontrolované. Čistota rozpúšťadla je úzko spojená so stabilným napätím. Vlhkosť organického rozpúšťadla zohráva rozhodujúcu úlohu pri formulovaní kvalifikovaného elektrolytu. Zníženie vody pod 10-6 môže znížiť rozklad hexafluórfosforečnanu lítneho, spomaliť rozklad filmu SEI a zabrániť vzostupu plynu. Obsah vlhkosti sa dá dosiahnuť adsorpciou molekulového sita, atmosférickou alebo vákuovou destiláciou a zavedením inertného plynu. Aby sa získal roztok s vysokou iónovou vodivosťou, aby sa v ňom rýchlo pohybovali lítiové ióny, je rozpúšťadlom všeobecne zmiešaný materiál, ako je napríklad etylénkarbonát (EC) + dimetylkarbonát (DMC), etylénkarbonát (EC) + dietylkarbonát. Ester (DEC).
1,2 elektrolytická lítiová soľ
Elektrolytická lítiová soľ predstavuje najväčšie náklady na elektrolyt, čo predstavuje približne 40% nákladov na elektrolyt. LiPF6 je najčastejšie používaná lítiová soľ elektrolytu, ktorá je stabilná voči negatívnej elektróde, má vysokú elektrickú vodivosť, veľkú vypúšťaciu kapacitu, malý vnútorný odpor a rýchlu rýchlosť nabitia a vybitia. Avšak je citlivý na vlhkosť a HF a jeho reakcia by sa mala uskutočňovať v suchom prostredí (napr. Odkladacia skrinka). Nie je odolný voči vysokým teplotám a rozkladná reakcia prebieha pri teplote 80 ° C až 100 ° C za vzniku pentafluoridu fosforečného a fluoridu lítneho. , Vzhľadom na cenu, bezpečnosť a iné aspekty má hexafluórfosfát lítny výhody vynikajúcej iónovej vodivosti, vynikajúcej oxidačnej stability a nízkeho znečistenia životného prostredia. V súčasnosti je preferovaným elektrolytom lítium-iónovej batérie a používa sa aj v komerčných lítium-iónových batériách. Hlavný elektrolyt. Okrem toho priťahujú pozornosť LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI a ďalšie série elektrolytických systémov s lítiovou soľou s vysokou bezpečnosťou a dobrým výkonom.
1.2.1. Lítiumhexafluórfosfát
V súčasnosti je súvisiaci výskum procesu prípravy LiPF6 rozdelený do dvoch kategórií: metóda HF rozpúšťadla a metóda iónovej výmeny. HF? Metóda rozpúšťadiel je najtradičnejšou metódou na prípravu LiPF6 rozpustením LiF v rozpúšťadle HF a následným priamym zavádzaním látky obsahujúcej fosfor alebo fluór a odparením alebo ochladením kryštálu po reakcii sa získa konečný produkt. Metóda je hlavnou metódou priemyselného zariadenia a pripravený LiPF6 má vysokú čistotu a dobrú kvalitu a je vhodný pre náročnú výrobu lítiových batérií. Proces prípravy má však vysoký dopyt po zariadení a prevádzke a zostávajúce HF v LiPF6 má veľký vplyv na výkon batérie.
Ďalšou hlavnou výrobnou metódou pre LiPF6 je metóda výmeny kaštanu. Vzťahuje sa na metódu iónovej výmeny hexafluórfosfátu so zlúčeninou obsahujúcou lítium v organickom rozpúšťadle za získania LiPF6. Hlavným znakom metódy iónovej výmeny je to, že je jednoduché a jednoduché, ale problém s čistotou LiPF6 obmedzuje jeho širokú aplikáciu.
1.2.2 Nová lítiová soľ
V súčasnosti priťahuje pozornosť séria elektrolytických systémov s lítiovou soľou s vysokou bezpečnosťou a dobrým cyklom. V porovnaní s tradičnou elektrolytickou lítiovou soľou LiPF6, hoci komplexná schopnosť nemôže konkurovať LiPF6, majú zrejmé výhody v rôznych aspektoch, ako napríklad LiBOB? má dobrú elektrochemickú stabilitu a tepelnú stabilitu, môže reagovať so špecifickými rozpúšťadlami, aby sa vytvoril stabilný? SEI? membrána, ktorá môže byť po opakovaných cykloch energie oslabená. LiFSI je elektrolyt s lítiovou batériou s vynikajúcim výkonom. Má vynikajúcu vodivosť a dobrú kompatibilitu s elektródovými materiálmi. LiBF4 má lepšiu chemickú a tepelnú stabilitu ako LiPF6 a jej bezpečnostná výkonnosť je pozoruhodnejšia. Avšak veľké množstvo experimentálnych údajov dokazuje, že vždy existujú určité nevyhnutné stanovenia s použitím jednej lítiovej soli. Napríklad LiFSI ľahko spôsobuje koróziu hliníka. LiBF4 má relatívne malý rádius aniónov, silnú interakciu s lítiovými iónmi a slabú vodivosť. Je menej účinný ako lítium-iónová batéria na použitie ako samotná lítiová soľ elektrolytu. Preto sa lítiové soli rôznych štruktúr a rôznych štruktúr zmiešajú, takže kompozitný elektrolyt vykazuje vynikajúce vlastnosti, ktoré nemajú jednoduché elektrolyty, čím sa zlepšuje výkonnosť elektrolytu v rôznych aspektoch.
1.2.3 Výhody a nevýhody rôznych lítiových solí
LiBF4: nízka teplota je lepšia, ale drahá a menej rozpustná;
LiPF6: Komplexný výkon je lepší a nevýhodou je ľahká absorpcia vody a hydrolýza;
LiBOB: účinok pri vysokej teplote je lepší, najmä pri inhibovaní poškodenia vkladania rozpúšťadla na negatívnu elektródu, ale rozpustnosť je príliš nízka;
LiFSI: nielen šetrný k životnému prostrediu, ale má tiež dobrú tepelnú stabilitu, citlivosť na vlhkosť a elektrickú vodivosť;
LiPF2: Zlepšuje výkonnosť a úložný výkon pri vysokých teplotných teplotách, nízky výstupný výkon a ochranu pred prebitím a vyvážený výkon lítiových batérií;
LiTFSI: dobrá elektrochemická stabilita, vysoká iónová vodivosť, dobrá tepelná stabilita a ťažko hydrolyzovateľná;
LiTDI: Má veľmi vysoké lítium-iónové migračné číslo, znižuje množstvo lítiovej soli a znižuje náklady na batériu.
1.3.1 Prídavné látky
Existuje mnoho druhov prísad a rôzni výrobcovia lítium-iónových batérií majú odlišné požiadavky na používanie a výkon batérie a zameranie vybraných prísad je tiež odlišné. Vo všeobecnosti používané prísady majú hlavne nasledujúce účinky:
(1) Aditívum na tvorbu filmu
Anorganické filmotvorné prísady: malé molekuly, ako je SO2, CO2 a CO, môžu podporiť tvorbu pasivačného filmu a pridanie halogenidu, ako je LiI alebo LiBr, môže tiež zlepšiť pasivačný film.
Organické prísady tvoriace film: fluórované, chlórované a brómované organické zlúčeniny, ako napríklad anizol alebo jeho halogénované deriváty, môžu zlepšiť výkonnosť batérie a znížiť ireverzibilnú stratu kapacity batérie. Medzi nimi je veľmi dobrý filmotvorný aditív vinylénkarbonát (VC).
(2) redukciu stopových vôd a prísad kyselín HF v elektrolyte
Karbodiimidová zlúčenina môže zabrániť hydrolýze LiPF6 na kyselinu. Navyše sa na odstránenie HF používajú niektoré oxidy kovov, ako je Al2O1, MgO, BaO, Li2C0l, CaC03 a podobne.
(3) Zabráňte prídavným a nadmerným prídavkom
Ako prídavné látky sa používajú zlúčeniny ako organické amíny a imíny, bifenyly a karbazoly, aby sa zabránilo preťaženiu a nadmernému vybaveniu.
(4) Prísady spomaľujúce horenie
Zlúčeniny organického fosforu, ako je tetrapropoxysilán (TPOS), tetrametoxysilán (TMOS), organofluorínové zlúčeniny a halogénované alkylfosfáty, sa používajú ako prísady proti spomaľovaniu horenia v nehorľavých zlúčeninách s vysokým bodom vzplanutia s vysokým bodom vzplanutia.
(5) Zlepšiť výkonové prísady pri nízkej teplote
N, N-dimetyltrifluóracetamid, organický borid, uhličitan obsahujúci fluór a iná nízka viskozita, vysoký bod vzplanutia je prospešný pre zlepšenie nízkej teploty batérie.
(6) Multifunkčné prísady
Po pridaní 12-koruny-4 do PC rozpúšťadla bola fólia SEI na rozhraní elektródy optimalizovaná tak, aby sa znížila prvá ireverzibilná strata kapacity elektródy. Pridanie fluórovaných organických rozpúšťadiel a halogénovaných fosfátov, ako je BTE a TTFP, k elektrolytu prispieva nielen k vytvoreniu vynikajúceho SEI filmu, ale má tiež určité alebo dokonca významné spomaľovanie plameňa voči elektrolytu.