În primul rând, electrolitul bateriei cu litiu-ion
Electrolitul este unul dintre cele patru materiale cheie pentru bateriile litiu-ion. Sângele bateriilor litiu-ion este garanția pentru energia de înaltă tensiune și de energie ridicată a bateriilor litiu-ion. Electrolitul este în principal compus dintr-un solvent organic de înaltă puritate, o sare de litiu electrolitică și o materie primă dintr-un aditiv necesar și este preparat conform unui anumit raport în anumite condiții.
1,1 solvent organic
Solventul organic este în general amestecat cu un solvent constant constant dielectric într-un solvent cu viscozitate scăzută. Sărurile de litiu utilizate în mod obișnuit sunt perclorat de potasiu, hexafluorofosfat de potasiu, tetrafluoroborat de potasiu etc., în vederea costului, siguranței și a altora similare, hexafluorofosfat de potasiu. Acesta este principalul electrolitic utilizat în bateriile comerciale litiu-ionice.
Solvenții organici utilizați în mod obișnuit în electroliții bateriei litiu-ionice sunt carbonatul de etilen carbonat (EC) dietil carbonat (DEC), carbonatul de dimetil (DMC), carbonatul de metil etil (EMC), carbonatul de propilenă, acidul acrilic B. Esterul (EA) acrilat (MA) și altele asemenea. Solventul organic trebuie să fie strict controlat înainte de utilizare. Puritatea solventului este strâns legată de tensiunea stabilă. Umiditatea solventului organic joacă un rol decisiv în formularea electrolitului calificat. Scăderea apei sub 10-6 poate reduce descompunerea hexafluorofosfatului de litiu, încetini descompunerea filmului SEI și împiedică creșterea gazului. Conținutul de umiditate poate fi atins prin adsorbția sitei moleculare, distilarea atmosferică sau în vid și introducerea unui gaz inert. Pentru a obține o soluție cu conductivitate ionică ridicată, astfel încât ionii de litiu să se deplaseze rapid acolo, solventul este în general un material mixt, cum ar fi carbonatul de etilenă (EC) + carbonatul de dimetil (DMC), carbonatul de etilenă (EC) + carbonatul de dietil. Ester (DEC).
1.2 sare de litiu electrolit
Solul de litiu din electrolit reprezintă cel mai mare cost al electroliților, reprezentând aproximativ 40% din costul electroliților. LiPF6 este cel mai frecvent utilizat sare de litiu electrolit, care este stabilă la electrodul negativ, are o conductivitate electrică ridicată, o capacitate de descărcare mare, o rezistență internă mică și o viteză rapidă de încărcare și descărcare. Cu toate acestea, este sensibil la umiditate și HF, iar reacția sa ar trebui să se facă într-o atmosferă uscată (cum ar fi o torpedou). Nu este rezistent la temperaturi ridicate, iar reacția de descompunere are loc la 80 ° C până la 100 ° C pentru a forma pentafluorură de fosfor și fluorură de litiu. . Având în vedere costurile, siguranța și alte aspecte, hexafluorfosfatul de litiu are avantajele unei conductivități ionice remarcabile, stabilității superioare a oxidării și poluării scăzute a mediului. În prezent, este preferat electrolitul bateriei litiu-ion și este de asemenea utilizat în bateriile comerciale cu litiu-ion. Electrolitul principal. În plus, LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI și alte serii de sisteme de electroliți cu sare de litiu, cu o înaltă siguranță și performanță în cicluri bune, au atras atenția.
1.2.1. Hexafluorofosfat de litiu
În prezent, cercetarea aferentă procesului de preparare a LiPF6 este în principal împărțită în două categorii: metoda solventului HF și metoda schimbului de ioni. HF? Metoda solvenților este cea mai tradițională metodă de preparare a LiPF6 prin dizolvarea LiF într-un solvent HF și apoi prin introducerea directă a unei substanțe care conține fosfor sau fluor și evaporarea sau răcirea cristalului după reacție pentru a obține un produs final. Metoda este principala metodă a echipamentelor industriale, iar LiPF6 pregătit are o puritate ridicată și o calitate bună și este potrivit pentru cererea de producție de baterii de litiu de ultimă generație. Cu toate acestea, procesul de pregătire are o mare cerere de echipament și de funcționare, iar HF rămasă în LiPF6 influențează foarte mult performanța bateriei.
O altă metodă de producție majoră pentru LiPF6 este metoda de schimb de castane. Se referă la o metodă de schimb de ioni a unui hexafluorofosfat cu un compus care conține litiu într-un solvent organic pentru a se obține LiPF6. Caracteristica principală a metodei de schimb ionic este aceea că este simplă și ușoară, însă problema purității LiPF6 limitează aplicarea sa largă.
1.2.2 Sare de litiu nouă
În prezent, o serie de sisteme de electroliți cu sare de litiu, cu o înaltă siguranță și performanță în cicluri bune, au atras atenția. În comparație cu sarea de litiu electrolit tradițional LiPF6, deși capacitatea globală nu poate concura cu LiPF6, acestea au avantaje evidente în diferite aspecte, cum ar fi LiBOB? are o bună stabilitate electrochimică și stabilitate termică, poate să reacționeze cu solvenți specifici pentru a forma o structură stabilă? membrana, care poate fi atenuată după cicluri de energie repetate. LiFSI este un electrolit cu baterie de litiu cu performanțe excelente. Are o conductivitate excelentă și o bună compatibilitate cu materialele electrozi. LiBF4 are o stabilitate chimică și termică mai bună decât LiPF6, iar performanța sa de siguranță este mai remarcabilă. Cu toate acestea, un număr mare de date experimentale demonstrează că există întotdeauna unele determinări inevitabile utilizând o singură sare de litiu. De exemplu, LiFSI este ușor de provocat coroziunea din aluminiu. LiBF4 are o rază relativ mică a anionilor, o interacțiune puternică cu ionii de litiu și o conductivitate slabă. Este inferior în performanță ca o baterie litiu-ion pentru a fi folosită doar ca sare de litiu cu electroliți. Prin urmare, sărurile de litiu ale diferitelor structuri și structuri diferite sunt compuse, astfel încât electrolitul compozit prezintă proprietăți excelente care nu sunt posedate de electroliți simpli, îmbunătățind astfel performanța electrolitului în diferite aspecte.
1.2.3 Avantajele și dezavantajele diferitelor săruri de litiu
LiBF4: performanța la temperaturi joase este mai bună, dar mai scumpă și mai puțin solubilă;
LiPF6: Performanța cuprinzătoare este mai bună, iar dezavantajul este absorbția ușoară a apei și hidroliza;
LiBOB: performanțele la temperaturi ridicate sunt mai bune, în special inhibând deteriorarea introducerii solventului la electrodul negativ, dar solubilitatea este prea mică;
LiFSI: nu numai ecologic, dar are, de asemenea, stabilitate termică bună, sensibilitate la umiditate și conductivitate electrică;
LiPF2: Îmbunătățește performanța ciclului de temperatură ridicată și performanța de stocare, performanța la ieșire la temperatură joasă și protecția supraîncărcării și performanța echilibrată a capacității bateriilor cu litiu;
LiTFSI: stabilitate electrochimică bună, conductivitate ionică ridicată, stabilitate termică bună și dificil de hidrolizat;
LiTDI: Are un număr foarte mare de migrare a ionilor de litiu, reducând cantitatea de sare de litiu și reducând costul bateriei.
1.3.1 Aditivi
Există multe tipuri de aditivi, iar diferiții producători de baterii cu litiu-ion au cerințe diferite privind utilizarea și performanța bateriei, iar concentrarea aditivilor selectați este de asemenea diferită. În general, aditivii utilizați în principal au următoarele efecte:
(1) Aditiv pentru formarea filmului
Formule adiționale de formare anorganică: molecule mici cum ar fi SO2, CO2 și CO pot promova formarea unui film de pasivare, iar adăugarea unei halogenuri cum ar fi Li sau LiBr poate îmbunătăți filmul de pasivizare.
Adaosurile organice de formare a filmului: compuși organici fluorurați, clorurați și bromurați, cum ar fi anisolul sau derivații săi halogenați, pot îmbunătăți performanțele ciclului bateriei și pot reduce pierderea ireversibilă a capacității bateriei. Dintre acestea, carbonatul de vinilen (VC) este un aditiv foarte bun în formarea filmului.
(2) reducerea cantității de apă și a aditivilor acidului HF în electrolit
Compusul carbodiimidic poate preveni hidroliza LiPF6 la un acid. În plus, pentru îndepărtarea HF se utilizează niște oxizi metalici, cum ar fi Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCOl și alții asemenea.
(3) Preveniți aditivii supradimensionați și supraîncărcați
Compușii cum ar fi amine organice și imine, bifenili și carbazoli sunt utilizați ca aditivi pentru a preveni supraîncărcarea și supraîncărcarea.
(4) Aditivi retardanți la flacără
Compuși organofosforici, cum ar fi tetrapropoxisilanul (TPOS), tetrametoxisilanul (TMOS), compușii organofluorinici și alchilfosfații halogenați, sunt utilizați ca aditivi ignifugi în compuși neinflamabili cu punct de fierbere cu punct de fierbere ridicat.
(5) Îmbunătățirea aditivilor la temperatură scăzută
N, N-dimetiltrifluoracetamidă, borură organică, carbonat care conține fluor și alte vâscozități scăzute, punct de aprindere ridicat este benefic pentru îmbunătățirea performanțelor la temperaturi joase ale bateriei.
(6) Aditivi multifuncționali
După adăugarea a 12 coroane-4 în solventul PC, filmul SEI la interfața electrodului a fost optimizat pentru a reduce prima pierdere de capacitate ireversibilă a electrodului. Adăugarea de solvenți organici fluorurați și fosfați halogenați cum ar fi BTE și TTFP la electrolit nu numai că contribuie la formarea unui film SEI excelent, dar are, de asemenea, o anumită sau chiar semnificativă întârziere la flacără a electrolitului.