Ni nini elektroliti kwenye betri ya lithiamu?

Ni nini elektroliti kwenye betri ya lithiamu?

elektroliti

Electroliti katika betri ya lithiamu-ioni ni mtoa huduma wa ayoni kwenye betri. Kwa ujumla huundwa na chumvi za lithiamu, vimumunyisho vya kikaboni, na viungio, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 7-4. Electroliti ina jukumu muhimu katika kutekeleza ayoni kati ya elektrodi chanya na hasi za betri ya lithiamu-ioni, kuhakikisha faida zake kama vile volteji ya juu na nishati mahususi ya juu. Electroliiti kwa kawaida hutayarishwa chini ya hali mahususi na kwa viwango maalum kutoka kwa-viyeyusho vya kikaboni visivyo na chumvi, chumvi za lithiamu na viungio muhimu. Ingawa nyenzo za elektrodi huamua msongamano wa nishati ya betri, elektroliti huamua maisha ya mzunguko wake, utendakazi wa halijoto ya juu na ya chini na usalama. Muundo wa msingi wa electrolyte bado haubadilika; uvumbuzi hasa upo katika ukuzaji wa riwaya ya chumvi ya lithiamu na viungio, na pia uelewa wa kina wa michakato ya kemikali ya uso wa uso na mifumo inayohusika katika betri za lithiamu-ioni.

Kuna aina nyingi za chumvi za lithiamu, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 7-5, lakini ni chache sana zinazotumika katika betri za lithiamu-ioni zinazouzwa. Chumvi bora ya lithiamu inapaswa kuwa na mali zifuatazo:

1) Kiwango cha chini cha ushirika, mumunyifu kwa urahisi katika vimumunyisho vya kikaboni, kuhakikisha conductivity ya juu ya ionic ya elektroliti.

2) Anions na antioxidant na kupunguza upinzani; bidhaa za kupunguza huwezesha uundaji wa filamu thabiti, -ya chini ya ukinzani wa SEI.

3) Uthabiti mzuri wa kemikali, bila kusababisha athari mbaya na vifaa vya elektrodi, elektroliti, au vitenganishi.

4) Mchakato rahisi wa utayarishaji, gharama nafuu, usio na-uchafu na usio na uchafuzi-.

LiPF6 ndio chumvi ya lithiamu inayotumika sana. Ingawa sifa zake za kibinafsi si bora zaidi, inaonyesha utendaji bora wa jumla katika elektroliti za kutengenezea kabonati. LiPF6 ina faida kuu zifuatazo:

1) Umumunyifu unaofaa na upitishaji wa juu wa ioni katika{1}}viyeyusho visivyo na maji.

2) Inaweza kuunda filamu ya passivation imara juu ya uso wa watoza wa sasa wa foil ya alumini.

3) Ni synergistically huunda filamu ya SEI imara kwenye uso wa electrode ya grafiti na vimumunyisho vya carbonate.

Hata hivyo, LiPF6 ina uthabiti duni wa mafuta na inakabiliwa na athari za mtengano. Bidhaa zinazotoka nje zinaweza kuharibu filamu ya SEI kwenye uso wa elektrodi, kufuta vipengee vyema vya elektrodi, na kusababisha kuoza kwa uwezo wakati wa kuendesha baiskeli.

LiBF pia ni nyongeza ya chumvi ya lithiamu inayotumika sana. Ikilinganishwa na LiPF6, LiBF ina anuwai pana ya halijoto ya uendeshaji, uthabiti bora wa halijoto ya juu-, na utendakazi bora zaidi wa{3}}joto. LiBF ina upitishaji wa hali ya juu, dirisha pana la kielektroniki, na uthabiti mzuri wa mafuta. Faida yake kuu iko katika sifa zake za uundaji filamu-, kwani inaweza kushiriki moja kwa moja katika uundaji wa filamu ya SEI.

Kimuundo, LiDFOB inaundwa na-nusu ya molekuli za LiBOB na LiBF, ikichanganya manufaa ya filamu-kuunda sifa bora za LiBOB na utendaji mzuri wa-wa halijoto ya chini wa LiBF4. Ikilinganishwa na LiBOB, LiDFOB ina umumunyifu wa juu zaidi katika vimumunyisho vya kaboni na upitishaji wa juu wa elektroliti. Utendaji wake wa juu-joto na chini{6}}ni bora kuliko LiPF4, na ina upatanifu mzuri na kathodi ya betri, na kutengeneza filamu ya kupitisha kwenye uso wa karatasi ya alumini na kuzuia uoksidishaji wa elektroliti.

Vikundi vya CF₃SO₂ katika muundo wa LiTFSI vina athari kali ya kujiondoa elektroni-, ambayo huongeza utengaji wa chaji hasi na kupunguza kuoanisha kwa ioni, na kusababisha umumunyifu wa juu wa chumvi. Zaidi ya hayo, LiTFSI ina conductivity ya juu ya umeme, joto la juu la mtengano wa mafuta, na haifanyiki hidrolisisi kwa urahisi; hata hivyo, itateketeza kwa ukali wakusanyaji wa sasa wa alumini katika voltages zaidi ya 3.7V.

Atomu za florini katika molekuli ya LiFSI zina sifa dhabiti za elektroni{{0}kutoa, ambazo hupunguza chaji hasi kwenye N, na kusababisha muungano hafifu wa ioni na kutengana kwa urahisi kwa Li+, hivyo basi kusababisha utendakazi wa hali ya juu.

LiPO2F2 huonyesha utendaji mzuri wa-joto la chini na pia huboresha{3}}utendaji wa halijoto ya juu ya elektroliti. Kama nyongeza, inaweza kuunda filamu ya SEI iliyojaa LixPOyFz na LiF kwenye uso hasi wa elektrodi, ambayo husaidia kupunguza uzuiaji wa uso wa betri na kuboresha utendakazi wa mzunguko wa betri. Walakini, LiPO2F2 pia inakabiliwa na umumunyifu mdogo.

Sehemu kuu yaelektroliti ya kioevuni kutengenezea kikaboni, ambayo huyeyusha chumvi za lithiamu na hutoa carrier wa ioni za lithiamu. Kiyeyushi bora cha kikaboni cha elektroliti ya betri ya lithiamu-kinahitaji kukidhi masharti yafuatayo:

1) Dielectric ya juu ya mara kwa mara na uwezo mkubwa wa kufuta kwa chumvi za lithiamu.

2) Kiwango cha chini cha kuyeyuka na kiwango cha juu cha mchemko, kudumisha hali ya kioevu juu ya anuwai ya joto.

3) Mnato mdogo, kuwezesha usafiri wa ioni ya lithiamu-.

4) Utulivu mzuri wa kemikali, hauharibu muundo wa electrode chanya na hasi au kufuta vifaa vyema na hasi vya electrode.

5) Kiwango cha juu cha kumweka, usalama mzuri, gharama ya chini, isiyo-ya sumu na{2}}yasichafuzi.

Vimumunyisho vya kawaida vya kikaboni vinavyotumika katika elektroliti za betri ya lithiamu-hugawanywa zaidi katika viyeyusho vya kaboni na viyeyusho vya etha hai, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 7-6. Ili kupata{3}}elektroliti ya betri ya lithiamu-ioni yenye utendaji wa juu, kiyeyusho kilichochanganywa kilicho na vimumunyisho viwili au zaidi vya kikaboni kwa kawaida hutumiwa, kuviruhusu kukamilishana na kufikia utendakazi bora kwa ujumla. Mali ya kimwili ya vimumunyisho vya kawaida vya carbonate yanaonyeshwa katika Jedwali 7-1.

Jedwali 7-1 Sifa za Kimwili za Viyeyusho vya Kawaida vya Kabonati

Viyeyusho vya etha-hai hujumuisha etha za mnyororo kama vile 1,2-dimethoxypropane (DMP), dimethoxymethane (DMM), na ethilini ya glikoli ya dimethyl etha (DME), na etha za mzunguko kama vile tetrahydrofuran (THF) na 2-methyltetrahydroTHFFran (2-). Kwa vimumunyisho vya etha ya mnyororo, kadiri mnyororo wa kaboni unavyoongezeka, ndivyo uthabiti wa kemikali unavyokuwa bora zaidi, lakini kadiri mnato unavyoongezeka na ndivyo kiwango cha uhamiaji cha lithiamu-ioni inavyopungua. Etha ya dimethili ya ethilini ya glikoli inaweza kutengeneza chelate thabiti (LiPF6·DME) yenye lithiamu hexafluorofosfati, ikionyesha uwezo mkubwa wa kuyeyusha kwa chumvi za lithiamu na kusababisha upitishaji wa juu wa elektroliti. Hata hivyo, DME ina uthabiti duni wa kemikali na haiwezi kuunda filamu thabiti ya kupitisha kwenye uso wa nyenzo hasi ya elektrodi.

Vimumunyisho vya kaboni ni pamoja na kabonati za mzunguko kama vile propylene carbonate (PC) na ethilini carbonate (EC), na kabonati za mnyororo kama vile dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), na methyl ethyl carbonate (EMC). Kabonati za baiskeli zina kiwango cha juu cha dielectric, hivyo kufanya chumvi za lithiamu mumunyifu zaidi, lakini pia zina mnato wa juu, hivyo basi kusababisha kiwango cha chini cha uhamiaji cha lithiamu{1}}ioni. Kabonati za mnyororo zina umumunyifu wa chini wa dielectric usiobadilika na dhaifu wa chumvi ya lithiamu, lakini mnato mdogo na utiririkaji mzuri, hivyo kuwezesha uhamaji wa lithiamu{3}}ioni.

Aina za viungio vya lithiamu-vijazi visivyo na nguvu vya lithiamu-elektroliti za ioni zinaonyeshwa kwenye Mchoro wa 7-7. Viongezeo, vinavyotumiwa kwa kiasi kidogo, vina athari kubwa na ni mbinu ya kiuchumi na ya vitendo ya kuboresha utendaji wa betri za lithiamu-ioni. Kwa kuongeza kipimo kidogo cha viungio kwenye elektroliti ya betri za lithiamu-ioni, sifa fulani za utendakazi wa betri zinaweza kuboreshwa mahususi, kama vile uwezo unaoweza kubadilishwa, upatanifu wa elektrodi/elektroliti, utendakazi wa mzunguko, utendakazi wa kasi na utendakazi wa usalama, ikicheza jukumu muhimu katika betri za ioni za lithiamu{8}. Kiongezeo bora cha betri ya lithiamu-ioni kinapaswa kuwa na sifa nne zifuatazo:

1) Umumunyifu mkubwa katika vimumunyisho vya kikaboni.

2) Kiasi kidogo kinaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa sifa moja au zaidi za utendaji.

3) Hakuna athari mbaya na vijenzi vingine vya betri vinavyoathiri utendaji wa betri.

4) Gharama ya chini, isiyo-ya sumu au sumu ya chini.

Kulingana na utendakazi wake, viambajengo vinaweza kuainishwa katika viungio vya kuongeza nguvu, viongezeo vya ulinzi wa malipo kupita kiasi, viongezeo vinavyozuia miale ya moto, viungio vya filamu ya SEI-kuunda viungio, vilinda nyenzo vya cathode, vidhibiti vya LiPF6 na viambajengo vingine vinavyofanya kazi.

Viongezeo vya conductive huboresha kasi ya utendakazi wa betri za lithiamu-ioni kwa kuratibu na ioni za elektroliti, kukuza utengano wa chumvi ya lithiamu, na kuongeza upitishaji wa elektroliti. Kwa sababu viambajengo vya upitishaji hufanya kazi kupitia miitikio ya uratibu, pia huitwa viambajengo vya ligand, na huainishwa katika kano za anionic, ligandi cationic, na kano zisizoegemea upande wowote kulingana na ioni inayoingiliana.

Viongezeo vya ulinzi wa malipo ya ziada hutoa ulinzi wa malipo ya ziada au huongeza uvumilivu wa malipo ya ziada. Zimeainishwa kiutendaji katika viungio vya redox na viambajengo vya monoma. Hivi sasa, livsmedelstillsatser redox ni hasa mfululizo wa anisole, ambayo ina uwezo mkubwa wa redox na umumunyifu mzuri. Viungio vya monoma hupitia athari za upolimishaji chini ya voltage ya juu, ikitoa gesi, na polima hufunika uso wa nyenzo za cathode, na kukatiza kuchaji. Viungio vya monoma hujumuisha misombo ya kunukia kama vile zilini na phenylcyclohexane.

Viungio vinavyorudisha nyuma mwali hufanya kazi kwa kuinua sehemu ya kuwasha ya elektroliti au kusimamisha msururu wa itikadi kali ambayo huzuia mwako. Aina zao zimeonyeshwa kwenye Mchoro 7-8. Kuongeza vizuia moto ni mojawapo ya njia muhimu za kupunguza kuwaka kwa elektroliti, kupanua anuwai ya joto ya uendeshaji wa betri za lithiamu-ioni, na kuboresha utendaji wao. Taratibu za utendakazi wa viungio vinavyorudisha nyuma moto ni mara mbili:

1) Kwa kuunda safu ya kuhami kati ya awamu ya gesi na awamu iliyofupishwa, huzuia mwako katika awamu zote mbili za kufupishwa na gesi.

2) Wananasa itikadi kali ya bure wakati wa mchakato wa majibu ya mwako, na kukomesha athari ya mnyororo wa bure ambao huzuia athari za mwako kati ya awamu za gesi.