Yn gyntaf, electrolyt batri ion lithiwm
Electrolyte yw un o'r pedwar deunydd allweddol ar gyfer batris lithiwm-ion. Mae gwaed batris lithiwm-ion yn warant ar gyfer ynni uchel foltedd ac ynni uchel o fatris lithiwm-ion. Mae'r electrolyte yn bennaf yn cynnwys toddydd organig purdeb uchel, halen lithiwm electrolyte, a deunydd crai o ychwanegyn angenrheidiol, ac fe'i paratowyd yn ôl cymhareb benodol dan rai amodau.
1.1 toddydd organig
Mae'r toddydd organig yn cael ei gymysgu'n gyffredinol gyda thoddydd cyson dielectrig uchel mewn toddydd iseldeb gwyrdd. Mae halwynau electrolyte lithiwm electrolyte a ddefnyddir yn gyffredin yn potasiwm perchlorate, potasiwm hecsafluoroffosffad, potasiwm tetrafluoroborate, ac ati, o ystyried cost, diogelwch a'r tebyg, hecsafluoroffosffad potasiwm Dyma'r prif electrolyte a ddefnyddir mewn batris lithiwm-ion masnachol.
Mae toddyddion organig a ddefnyddir yn gyffredin mewn electrolytau batri ion lithiwm yn carbonate deietyl carbon (EC) carbon carbon (DEC), carbonate dimethyl (DMC), carbonyl ethyl methyl (EMC), propylen carbonad (PC), asid acrylig B. Ester (EA), methyl acrylate (MA), ac ati. Rhaid rheoli'r toddydd organig yn llym cyn ei ddefnyddio. Mae purdeb y toddydd yn gysylltiedig yn agos â'r foltedd sefydlog. Mae lleithder y toddydd organig yn chwarae rhan hanfodol wrth lunio'r electrolyt cymwys. Gall gostwng y dŵr i lai na 10-6 leihau'r dadelfennu o lithiwm hecsafluoroffosffad, arafu dadelfwyso'r ffilm SEI, ac atal cynnydd nwy. Gellir cyflawni'r cynnwys lleithder trwy assugno cribog moleciwlaidd, distylliad gwactod atmosfferig, a chyflwyno nwy anadweithiol. Er mwyn cael ateb gyda chynhwysedd ïonig uchel fel bod yr ïonau lithiwm yn symud yn gyflym ynddynt, mae'r toddydd yn ddeunydd cymysg fel carboni ethylene (EC) + dimethyl carbonate (DMC), carbonate ethylene (EC) + carbonet diethyl. Ester (DEC).
1.2 halen lithiwm electrolyt
Mae'r halen lithiwm electrolyte yn cyfrif am gost fwyaf yr electrolyte, sy'n cyfrif am tua 40% o'r gost electrolyte. LiPF6 yw'r halen lithiwm electrolyt a ddefnyddir fwyaf cyffredin, sy'n sefydlog i'r electrod negyddol, mae ganddo gludiant trydan uchel, gallu rhyddhau mawr, ymwrthedd mewnol bach, a chyflymder tâl a rhyddhau rhyddhau. Fodd bynnag, mae'n sensitif i lleithder a HF, ac y dylid ei hymateb mewn awyrgylch sych (fel blwch maneg). Nid yw'n wrthsefyll tymereddau uchel, ac mae adwaith dadelfennu yn digwydd ar 80 ° C i 100 ° C i ffurfio ffosfforws ffosfforws a fflworid lithiwm. . O ystyried cost, diogelwch ac agweddau eraill, mae gan lithiwm hecsafluoroffosffad y manteision o gynhyrchedd ïonig rhagorol, sefydlogrwydd ocsidiad uwch a llygredd amgylcheddol isel. Ar hyn o bryd, mae'n ddewisol electrolyt batri ion lithiwm ac fe'i defnyddir hefyd mewn batris ïon lithiwm masnachol. Y prif electrolyte. Yn ogystal, mae LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI a chyfres eraill o systemau electrolyte halen lithiwm â pherfformiad beicio da a diogelwch uchel wedi denu sylw.
1.2.1 Lithiwm hecsafluoroffosffad
Ar hyn o bryd, mae'r ymchwil gysylltiedig ar broses baratoi LiPF6 wedi'i rhannu'n bennaf yn ddau gategori: dull toddydd HF a dull cyfnewid ïon. Yr HF? Dull toddyddion yw'r dull mwyaf traddodiadol o baratoi LiPF6 trwy ddiddymu LiF mewn toddydd HF ac yna'n cyflwyno sylwedd sy'n cynnwys ffosfforws neu fflworin yn uniongyrchol, ac anweddu neu oeri y grisial ar ôl yr adwaith i gael cynnyrch terfynol. Y dull yw prif ddull cyfarpar diwydiannol, ac mae gan y LiPF6 paratowyd purdeb uchel ac o ansawdd da, ac mae'n addas ar gyfer galw am batri lithiwm ar ben uchel. Fodd bynnag, mae gan y broses baratoi galw uchel am offer a gweithrediad, ac mae'r HF sy'n weddill yn LiPF6 yn cael dylanwad mawr ar berfformiad y batri.
Dull cynhyrchu pwysig arall ar gyfer LiPF6 yw'r dull cyfnewid castan. Yn cyfeirio at ddull cyfnewid ïon hecsafluoroffosffad â chyfansoddyn sy'n cynnwys lithiwm mewn toddydd organig i gael LiPF6. Prif nodwedd y dull cyfnewid ïon yw ei fod yn syml ac yn hawdd, ond mae problem purdeb LiPF6 yn cyfyngu ar ei gais eang.
1.2.2 Halen lithiwm newydd
Ar hyn o bryd, mae cyfres o systemau electrolyte halen lithiwm â pherfformiad beicio da a diogelwch uchel wedi denu sylw. O'i gymharu â'r halen lithiwm electrolyt traddodiadol LiPF6, er na all y gallu cynhwysol gystadlu â LiPF6, mae ganddynt fanteision amlwg mewn gwahanol agweddau, megis, LiBOB? wedi sefydlogrwydd electrocemegol da a sefydlogrwydd thermol, a all ymateb gyda thoddyddion penodol i ffurfio SEI sefydlog? bilen, y gellir ei gludo ar ôl cylchoedd egnïol o egni. Mae LiFSI yn electrolyt batri lithiwm gyda pherfformiad rhagorol. Mae ganddi gynhwysedd rhagorol a chydnawsedd da â deunyddiau electrod. Mae gan LiBF4 sefydlogrwydd cemegol a thermol gwell na LiPF6, ac mae ei berfformiad diogelwch yn fwy rhyfeddol. Fodd bynnag, mae nifer fawr o ddata arbrofol yn profi bod rhai penderfyniadau anorfod bob amser yn defnyddio un halen lithiwm. Er enghraifft, mae LiFSI yn hawdd achosi cyrydiad alwminiwm. Mae gan LiBF4 radiws anion cymharol fach, rhyngweithio cryf gydag ïonau lithiwm, a chynhyrchedd gwan. Mae'n berfformiad israddol fel batri ion lithiwm i'w ddefnyddio fel halen lithiwm electrolyt yn unig. Felly, mae halwynau lithiwm gwahanol strwythurau a strwythurau gwahanol yn cael eu cymhlethu, fel bod yr electrolyte cyfansawdd yn arddangos eiddo rhagorol nad oes gan electrolytau syml, gan wella perfformiad electrolyte mewn amrywiol agweddau.
1.2.3 Manteision ac anfanteision gwahanol halwynau lithiwm
LiBF4: mae perfformiad tymheredd isel yn well, ond yn ddrud ac yn llai hydoddol;
LiPF6: Mae'r perfformiad cynhwysfawr yn well, ac mae'r anfantais yn amsugno dŵr a hydrolysis hawdd;
LiBOB: mae perfformiad tymheredd uchel yn well, yn enwedig yn atal niwed mewnosodiad y toddydd i'r electrod negyddol, ond mae'r hydoddedd yn rhy isel;
LiFSI: nid yn unig yn gyfeillgar i'r amgylchedd, ond hefyd mae ganddo sefydlogrwydd thermol da, sensitifrwydd i lleithder, a chynhyrchedd trydanol;
LiPF2: Yn gwella perfformiad beicio tymheredd uchel a pherfformiad storio, perfformiad allbwn tymheredd isel, a diogelu gor-gordal a pherfformiad cytbwys o batris lithiwm;
LiTFSI: sefydlogrwydd electrocemegol da, dargludedd ïonig uchel, sefydlogrwydd thermol da, ac yn hydroli yn anodd;
LiTDI: Mae ganddi rif ymfudiad lithiwm uchel iawn, gan leihau faint o halen lithiwm a lleihau cost batri.
1.3.1 Ychwanegion
Mae yna sawl math o ychwanegion, ac mae gan wahanol weithgynhyrchwyr batri ïon lithiwm wahanol ofynion ar ddefnyddio a pherfformiad y batri, ac mae ffocws y ychwanegion a ddewiswyd hefyd yn wahanol. Yn gyffredinol, mae'r adchwanegion a ddefnyddir yn bennaf yn cael yr effeithiau canlynol:
(1) Ychwanegyn Ffilm sy'n ffurfio
Ychwanegion sy'n ffurfio ffilmiau anorganig: gall moleciwlau bach fel SO2, CO2, a CO hyrwyddo ffurfio ffilm goddefiad, a gall ychwanegu halid fel LiI neu LiBr hefyd wella'r ffilm trosglwyddo.
Ychwanegion sy'n ffurfio ffilmiau organig: gall cyfansoddion organig fflworinedig, clorinedig a brominedig fel anisole neu ei ddeilliadau halogenedig wella perfformiad beic y batri a lleihau colli galluedd y batri na ellir ei wrthdroi. Yn eu plith, mae carbonate vinylene (VC) yn ychwanegyn ffilm da iawn.
(2) gostwng ychwanegion dwr olrhain a HF asid yn yr electrolyte
Gall y cyfansawdd carbodiimid atal hydrolysis LiPF6 i asid. Yn ogystal, defnyddir rhai ocsidau metel fel Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 ac ati i ddileu HF.
(3) Atal gor-gordaliadau ac ychwanegion gor-dâl ychwanegol
Defnyddir cyfansoddion megis aminau organig, iminau, bifenyl, a charbazoles fel ychwanegion i atal gor-gordal a gor-ryddhad.
(4) Ychwanegion twyllodrus fflam
Defnyddir cyfansoddion organoffosfforws megis tetrapropoxysilane (TPOS), tetramethosysilane (TMOS), cyfansoddion organofluorin, a ffosffadau alcal, halogenedig fel ychwanegion tân sy'n fflamio mewn cyfunion fflamadwy uchel pwynt ffwrn uchel.
(5) Gwella'rchwanegion perfformiad tymheredd isel
Mae N, N-dimethyltrifluoroacetamide, boride organig, carbonad sy'n cynnwys fflworin a gwyrddedd isel arall, pwynt fflach uchel yn fuddiol i wella perfformiad tymheredd isel y batri.
(6) Ychwanegion aml-swyddogaethol
Ar ôl ychwanegu 12-coron-4 at y toddydd PC, roedd y ffilm SEI ar y rhyngwyneb electrod wedi'i optimeiddio i leihau colli capasiti cyntaf yr electrod yn ôl na ellir ei wrthdroi. Mae ychwanegu toddyddion organig fflworinedig a ffosffadau halogenaidd fel BTE a TTFP i'r electrolyte nid yn unig yn cyfrannu at ffurfio ffilm SEI ardderchog, ond mae ganddo hefyd ddirwyso fflam penodol neu hyd yn oed i'r electrolyte.