Prvo, elektrolit litij-ionske baterije
Elektrolit je jedan od četiri ključna materijala za litij-ionske baterije. Krv litij-ionskih baterija jamstvo je za visokonaponsku i visokoenergetsku energiju litij-ionskih baterija. Elektrolit se uglavnom sastoji od organskog otapala visoke čistoće, litijeve soli elektrolita i sirovine potrebnog aditiva, te se pripravlja prema određenom omjeru pod određenim uvjetima.
1.1 organsko otapalo
Organsko otapalo se općenito miješa s visokim dielektričnim konstantnim otapalom u otapalu niske viskoznosti. Uobičajeno korištene elektrolitne litijeve soli su kalijev perklorat, kalijev heksafluorofosfat, kalijev tetrafluoroborat, itd., S obzirom na troškove, sigurnost i slično, kalijev heksafluorfosfat To je glavni elektrolit koji se koristi u komercijalnim litij-ionskim baterijama.
Najčešće korištena organska otapala u elektrolitima litij-ionskih baterija 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. Prije uporabe organsko otapalo mora biti strogo kontrolirano. Čistoća otapala usko je povezana sa stabilnim naponom. Vlaga organskog otapala ima odlučujuću ulogu u formuliranju kvalificiranog elektrolita. Spuštanje vode ispod 10-6 može smanjiti raspadanje litijevog heksafluorofosfata, usporiti razgradnju SEI filma i spriječiti porast plina. Sadržaj vlage može se postići adsorpcijom molekularnih sita, destilacijom u atmosferi ili vakuumu i uvođenjem inertnog plina. Da bi se dobila otopina s visokom ionskom vodljivošću tako da se u njoj brzo kreću litijevi ioni, otapalo je općenito miješani materijal kao što je etilen karbonat (EC) + dimetil karbonat (DMC), etilen karbonat (EC) + dietil karbonat. Ester (DEC).
1,2 litijeva sol elektrolita
Elektrolitna litijeva sol 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 unutarnji 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 nastane fosfor pentafluorid i litijev fluorid. , S obzirom na troškove, sigurnost i druge aspekte, litij heksafluorofosfat ima prednosti izvanredne ionske vodljivosti, superiorne oksidacijske stabilnosti i niskog onečišćenja okoliša. Trenutno je preferirani elektrolit litij-ionske baterije i također se koristi u komercijalnim litij-ionskim baterijama. Glavni elektrolit. Osim toga, LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI i drugi sustavi elektrolita litijeve soli s visokom sigurnošću i dobrim radnim ciklusom privukli su pozornost.
1.2.1 Litijev heksafluorofosfat
Trenutno, srodna istraživanja o procesu pripreme LiPF6 uglavnom se dijele u dvije kategorije: metoda visokofrekventnog otapala i metoda ionske izmjene. HF? Metoda otapala je najtradicionalniji postupak za pripravu LiPF6 otapanjem LiF u HF otapalu, a zatim izravno uvođenjem tvari koja sadrži fosfor ili fluor, te uparavanja ili hlađenja kristala nakon reakcije, čime se dobiva konačni proizvod. Metoda je glavna metoda industrijske opreme, a pripremljeni LiPF6 je visoke čistoće i dobre kvalitete, te je pogodan za high-end litij baterija proizvodnju potražnje. Međutim, postupak pripreme ima veliku potražnju za opremom i radom, a HF koji ostaje u LiPF6 ima veliki utjecaj na performanse baterije.
Još jedna velika metoda proizvodnje LiPF6 je metoda razmjene kestena. Odnosi se na metodu ionske izmjene heksafluorofosfata sa spojem koji sadrži litij u organskom otapalu da se dobije LiPF6. Glavna značajka metode ionske izmjene je u tome što je jednostavna i jednostavna, no problem čistoće LiPF6 ograničava njegovu široku primjenu.
1.2.2 Nova litijeva sol
Trenutačno je pozornost posvećena seriji elektrolitnih sustava s visokom sigurnošću i dobrim ciklusom. U usporedbi s tradicionalnom litijevom solju elektrolita LiPF6, iako sveobuhvatna sposobnost ne može konkurirati LiPF6, oni imaju očite prednosti u različitim aspektima, kao što je LiBOB? ima dobru elektrokemijsku stabilnost i toplinsku stabilnost, može reagirati s određenim otapalima kako bi stvorio stabilnu SEI? membrana, koja se može smanjiti nakon ponovljenih ciklusa energije. LiFSI je litij baterija elektrolita s izvrsnim performansama. Ima izvrsnu provodljivost i dobru kompatibilnost s elektrodnim materijalima. LiBF4 ima bolju kemijsku i termičku stabilnost od LiPF6, a njegova sigurnost je značajnija. Međutim, veliki broj eksperimentalnih podataka dokazuje da uvijek postoje neka neizbježna određivanja pomoću jedne litijeve soli. Na primjer, LiFSI je lako uzrokovati koroziju aluminija. LiBF4 ima relativno mali radijus aniona, jaku interakciju s ionima litija i slabu provodljivost. Inferiorna je u performansama kao litij-ionska baterija koja se koristi samo kao litijeva sol elektrolita. Prema tome, 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 litijevih soli
LiBF4: rad na niskim temperaturama je bolji, ali skup i manje topljiv;
LiPF6: Sveobuhvatna izvedba je bolja, a nedostatak je lako upijanje vode i hidroliza;
LiBOB: bolje performanse na visokim temperaturama, pogotovo inhibiranje oštećenja otapala za umetanje na negativnu elektrodu, ali je topljivost preniska;
LiFSI: ne samo ekološki, već ima dobru termičku stabilnost, osjetljivost na vlagu i električnu vodljivost;
LiPF2: Poboljšava performanse i skladištenje visokotemperaturnog ciklusa, performanse niskih temperatura i zaštitu od preopterećenja i uravnoteženu izvedbu kapaciteta litijskih baterija;
LiTFSI: dobra elektrokemijska stabilnost, visoka ionska vodljivost, dobra termička stabilnost i teška za hidrolizu;
LiTDI: Ima vrlo visoki broj migracija litijevih iona, smanjujući količinu litijeve soli i smanjujući troškove baterije.
1.3.1 Aditivi
Postoje mnoge vrste aditiva, a različiti litij ionske baterije proizvođači imaju različite zahtjeve na korištenje i performanse baterije, a fokus odabranih aditiva je također različita. Općenito, korišteni aditivi uglavnom imaju sljedeće učinke:
(1) Aditiv za oblikovanje filma
Dodaci za formiranje anorganskih filmova: male molekule kao što su SO2, CO2 i CO mogu potaknuti stvaranje pasivizirajućeg filma, a dodavanje halida kao što je LiI ili LiBr također može poboljšati pasivizacijski film.
Aditivi za formiranje organskih filmova: fluorirani, klorirani i bromirani organski spojevi 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) reduciranje vode u tragovima i aditiva HF kiseline u elektrolitu
Karbodiimidni spoj može spriječiti hidrolizu LiPF6 u kiselinu. Dodatno, neki metalni oksidi, kao što su Al20i, MgO, BaO, Li2COi, CaCOi i slično, koriste se za uklanjanje HF.
(3) Spriječiti aditive za prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje
Spojevi kao što su organski amini i imini, bifenili i karbazoli se koriste kao aditivi za sprečavanje prekomjernog punjenja i prekomjernog pražnjenja.
(4) Aditivi koji usporavaju gorenje
Organofosforni spojevi, kao što su tetrapropoksisilan (TPOS), tetrametoksisilan (TMOS), organofluorni spojevi i halogenirani alkilni fosfati, koriste se kao aditivi za gorenje pri visokim točkama paljenja, nezapaljivi spojevi.
(5) Poboljšati aditive za niske temperature
N, N-dimetiltrifluoracetamid, organski borid, karbonat koji sadrži fluor i druga niska viskoznost, visoka plamište je korisno za poboljšanje performansi baterije pri niskim temperaturama.
(6) Višenamjenski aditivi
Nakon dodavanja 12-krunice-4 u PC otapalo, SEI film na sučelju elektrode je optimiziran da se smanji prvi ireverzibilni gubitak kapaciteta elektrode. Dodavanje fluoriranih organskih otapala i halogeniranih fosfata kao što su BTE i TTFP u elektrolit ne samo da doprinosi stvaranju izvrsnog SEI filma, već također ima određenu ili čak značajnu usporavanje plamena za elektrolit.