مقدمه فرمولاسیون الکترولیت باتری لیتیوم یون

الکترولیت های باتری لیتیوم یون ، الکترولیت های مایع غیر آبی هستند که از حلال های آلی و نمک های لیتیوم الکترولیت تشکیل شده اند. البته ، الکترولیت جامد وجود دارد. آن ها از چه چیزی ساخته شده اند؟ بیا یک نگاهی بیندازیم.

1. الکترولیت باتری یون لیتیوم مایع

انتخاب الکترولیت در عملکرد باتری های لیتیوم یون تأثیر زیادی دارد. باید از نظر شیمیایی پایدار باشد ، به خصوص تجزیه آن در پتانسیل های بالاتر و محیط های دمای بالاتر آسان نیست و دارای هدایت یونی بالاتر (GG gt ؛ 10-3s) / سانتی متر است و باید نسبت به آند و مواد کاتد بی اثر باشد و نمی تواند خوردگی آنها

نمک های رسانا شامل LiCIO4 ، LiPF6 ، LiBF6 ، LiA SF6 و LiOSO2CF3 هستند و رسانایی الکتریکی آنها به ترتیب LiAsF6>؛ LiPF6>؛ LiCIO4>؛ LiBF6>؛ LiOSO2CF3 است. LiClO4 به دلیل قابلیت اکسیداسیون زیاد مستعد مشکلات ایمنی مانند انفجار است که معمولاً به مطالعات تجربی محدود می شود. LiAsF6 دارای هدایت یونی بالا ، تصفیه آسان و پایداری خوب است ، اما حاوی ماده سمی است و استفاده از آن محدود شده است.

LiBF6 پایداری شیمیایی و حرارتی ضعیفی دارد و هدایت الکتریکی کمی دارد. LiO SO2CF3 رسانایی الکتریکی ضعیفی دارد و اثر خورنده ای بر روی الکترود دارد ، بنابراین به ندرت استفاده می شود. اگرچه LiPF6 تحت واکنش تجزیه قرار می گیرد ، اما هدایت یونی بالایی دارد ، بنابراین یون لیتیوم فعلی باتری اساساً از LiPF6 استفاده می کند. در حال حاضر ، بیشتر الکترولیت های مورد استفاده در باتری های لیتیوم یون تجاری از LiPF6 EC2DMC استفاده می کنند که دارای هدایت یونی بالاتر و پایداری الکتروشیمیایی بهتری است.

2. الکترولیت جامد

استفاده مستقیم از لیتیوم فلزی به عنوان ماده آند دارای ظرفیت برگشت پذیر بالایی است ، ظرفیت نظری آن تا 3862mAh-g-1 است که بیش از ده برابر مواد گرافیت است و قیمت پایین تر است. به عنوان جذاب ترین نسل جدید باتری های لیتیوم یونی شناخته می شود. مواد آند ، اما لیتیوم دندریتیک تولید می کند. استفاده از الکترولیت جامد به عنوان رسانش یونی می تواند از رشد لیتیوم دندریتیک جلوگیری کند و استفاده از لیتیوم فلزی به عنوان ماده آند را ممکن می کند. علاوه بر این ، استفاده از الکترولیت جامد می تواند از کمبود نشت الکترولیت مایع جلوگیری کند و می توان باتری را باتری نازک تر (فقط 0.1 میلی متر ضخامت) ، چگالی انرژی بالاتر و حجم کمتری باتری با انرژی بالا تولید کرد.

الکترولیت پلیمر جامد دارای ویژگی های انعطاف پذیری خوب ، ویژگی های تشکیل فیلم ، پایداری و هزینه کم است. می تواند به عنوان جدا کننده بین الکترودهای مثبت و منفی و به عنوان یک الکترولیت برای انتقال یون ها مورد استفاده قرار گیرد.

الکترولیت های پلیمر جامد را می توان به طور کلی به الکترولیت های پلیمری جامد خشک (SPE) و الکترولیت های پلیمری ژل (GPE) تقسیم کرد. الکترولیت پلیمر جامد SPE عمدتا مبتنی بر اکسید پلی اتیلن (PEO) است. عیب آن این است که رسانایی یونی کم است ، که فقط در 100 درجه سانتیگراد می تواند به 40-40 سانتی متر برسد.

افزودن یک حلال آلی مایع با ثابت دی الکتریک بالا و وزن مولکولی کم مانند PC به الکترولیت پلیمر جامد می تواند حلالیت نمک رسانا را تا حد زیادی بهبود بخشد. الکترولیت تشکیل شده الکترولیت پلیمر ژل GPE است که در دمای اتاق دمای بالایی دارد. رسانایی یونی است ، اما در روند استفاده ، نشت می کند و فاقد اعتبار می شود. باتری های یون لیتیوم ژل پلیمر تجاری شده اند.

3. الکترولیت ژل

اجزای اصلی الکترولیت ژل پلیمری اساساً همان الکترولیت آلی مایع است ، با این تفاوت که الکترولیت آلی مایع روی ماتریس ژل پلیمری جذب می شود. بنابراین ، علاوه بر شرایط فوق ، باید چسبندگی بین ماده فعال الکترود را نیز داشته باشد استحکام - قدرت.

الکترولیت باتری لیتیوم یون باید مطابقت داشته باشد:

یون لیتیوم رسانایی بالایی دارد که در دامنه دمایی وسیع 3 × 10-3 ~ 2 × 10-2S / cm است.

B دارای یک پنجره الکتروشیمیایی گسترده است ، یعنی در یک دامنه ولتاژ گسترده پایدار است (برای باتری های لیتیوم یون ، باید در 4.5 ولت پایدار باشد) بدون واکنش تجزیه ، یعنی دارای پایداری اکسیداسیون خوبی است.

C از نظر شیمیایی پایدار است ، یعنی اساساً با مواد الکترود سیستم باتری مانند الکترود مثبت ، الکترود منفی ، جمع کننده جریان ، جدا کننده و چسب واکنش نمی دهد.

D به صورت مایع در محدوده دمایی گسترده تضمین می شود ، به طور کلی امیدواریم که دامنه دما -40 ~ -700C باشد

E خواص حلالیت خوبی برای یونها دارد.

F غیر سمی است ، فشار بخار کم است ، برای استفاده بی خطر است.

G می تواند واکنش برگشت پذیر الکترود را تا آنجا که ممکن است تقویت کند و سازگاری خوبی با الکترود دارد.

H آماده سازی آسان و کم هزینه است.