Uvod v oblikovanje litij-ionske baterije za elektrolite

Litij-ionski akumulatorski elektroliti so nevodni tekoči elektroliti, sestavljeni iz organskih topil in elektrolitnih litijevih soli. Seveda obstajajo trdni elektroliti. Iz česa so narejeni? Oglejmo si.

1. Tekoči elektrolit litij-ionske baterije

Izbira elektrolita močno vpliva na delovanje litij-ionskih baterij. Biti mora kemično stabilen, še posebej ga ni enostavno razgraditi pri višjih potencialih in okoljih z višjimi temperaturami ter imeti večjo ionsko prevodnost (GG gt; 10-3s) / cm) in mora biti inerten do materialov anod in katod ter ne sme biti jih razjedajo.

Prevodne soli vključujejo LiCIO4, LiPF6, LiBF6, LiA SF6 in LiOSO2CF3, njihova električna prevodnost pa je v vrstnem redu LiAsF6> LiPF6> LiCIO4> LiBF6> LiOSO2CF3. LiClO4 je nagnjen k varnostnim težavam, kot je eksplozija, zaradi svoje visoke oksidativnosti, ki je na splošno omejena na eksperimentalne študije; LiAsF6 ima visoko ionsko prevodnost, enostavno čiščenje in dobro stabilnost, vendar vsebuje strupen As in je njegova uporaba omejena;

LiBF6 ima slabo kemijsko in toplotno stabilnost ter nizko električno prevodnost. LiO SO2CF3 ima slabo električno prevodnost in ima koroziven učinek na elektrodo, zato se redko uporablja; čeprav bo LiPF6 doživel reakcijo razgradnje, ima visoko ionsko prevodnost, zato trenutna litijeva ionska baterija v osnovi uporablja LiPF6. Trenutno večina elektrolitov, ki se uporabljajo v komercialnih litij-ionskih baterijah, uporablja LiPF6 EC2DMC, ki ima večjo ionsko prevodnost in boljšo elektrokemično stabilnost.

2. Trden elektrolit

Neposredna uporaba kovinskega litija kot anodnega materiala ima visoko reverzibilno zmogljivost, njegova teoretična zmogljivost je kar 3862mAh-g-1, kar je več kot desetkrat večja od grafitnih materialov, cena pa nižja. Velja za najprivlačnejšo novo generacijo litij-ionskih baterij. Anodni material, vendar bo ustvaril dendritični litij. Uporaba trdnega elektrolita kot prevodnosti ionov lahko zavira rast dendritičnega litija, kar omogoča, da se kovinski litij uporablja kot anodni material. Poleg tega se lahko s trdnim elektrolitom izognemo pomanjkljivostim uhajanja tekočega elektrolita, iz akumulatorja pa lahko naredimo tanjši (le 0,1 mm debel), večjo gostoto energije in manjši volumen visokoenergijske baterije.

Trdni polimerni elektrolit ima značilnosti dobre fleksibilnosti, lastnosti tvorbe filma, stabilnosti in poceni. Lahko se uporablja kot ločilo med pozitivnimi in negativnimi elektrodami in kot elektrolit za prenos ionov.

Trdne polimerne elektrolite lahko na splošno delimo na suhe trdne polimerne elektrolite (SPE) in gelne polimerne elektrolite (GPE). Trdni polimerni elektrolit SPE temelji predvsem na polietilen oksidu (PEO). Njegova pomanjkljivost je, da je ionska prevodnost nizka, ki lahko doseže le 10-40 cm pri 100 ° C.

Dodajanje tekočega organskega topila z visoko dielektrično konstanto in nizko molekulsko maso, kot je PC, trdnemu polimernemu elektrolitu lahko močno izboljša topnost prevodne soli. Nastali elektrolit je GPE gel polimerni elektrolit, ki ima visoko temperaturo pri sobni temperaturi. Jonska prevodnost, vendar bo v procesu uporabe uhajala in postala neveljavna. Gel polimerne litij-ionske baterije so komercializirane.

3. Gelni elektrolit

Glavne sestavine gelnega polimernega elektrolita so v bistvu enake tekočemu organskemu elektrolitu, le da se tekoči organski elektrolit adsorbira na matriko gelskega polimera. Zato bi moral poleg zgoraj navedenih pogojev imeti tudi oprijem med aktivno snovjo elektrode. Dober oprijem, vsa topila so pritrjena v polimerni matrici, ni prostega organskega topila, kar bi zagotovilo puščanje, dobre upogibne lastnosti in visoke mehanske lastnosti. moč.

Elektrolit litij-ionske baterije mora ustrezati:

Litijev ion ima visoko prevodnost, ki je v širokem temperaturnem območju 3 × 10-3 ~ 2 × 10-2S / cm;

B ima široko elektrokemično okno, to pomeni, da je stabilen v širokem napetostnem območju (za litij-ionske baterije mora biti stabilen pri 4,5 V) brez reakcije razgradnje, to pomeni, da ima dobro oksidacijsko stabilnost.

C je kemično stabilna, to pomeni, da v bistvu ne reagira z elektrodnimi materiali akumulatorskega sistema, kot so pozitivna elektroda, negativna elektroda, zbiralnik toka, separator in lepilo;

D je zajamčeno tekoč v širokem temperaturnem območju, na splošno upam, da je temperaturno območje -40 ~ +700C

E ima dobre solvacijske lastnosti za ione;

F je nestrupen, nizek parni tlak, varen za uporabo;

G lahko v največji možni meri spodbuja reverzibilno reakcijo elektrode in je dobro združljiv z elektrodo;

H je enostaven za pripravo in poceni.