Pirmkārt, litija jonu akumulatora elektrolīts
Elektrolīts ir viens no četriem galvenajiem litija jonu bateriju materiāliem. Litija jonu akumulatoru asinis garantē litija jonu bateriju augstsprieguma un augstas enerģijas enerģiju. Elektrolītu galvenokārt veido augstas tīrības organiskais šķīdinātājs, elektrolīta litija sāls un nepieciešamās piedevas izejviela, un noteiktos apstākļos tos sagatavo saskaņā ar noteiktu attiecību.
1.1 organiskais šķīdinātājs
Organisko šķīdinātāju parasti sajauc ar augstu dielektrisko konstantu šķīdinātāju zema viskozitātes šķīdinātājā. Bieži lietotie elektrolītu litija sāļi ir kālija perhlorāts, kālija heksafluorofosfāts, kālija tetrafluorborāts uc, ņemot vērā izmaksas, drošību un tamlīdzīgi, kālija heksafluorofosfāts. Tas ir galvenais elektrolīts, ko izmanto komerciālos litija jonu akumulatoros.
Bieži izmantotie organiskie šķīdinātāji litija jonu akumulatora elektrolītos ir etilēnkarbonāts (EC) dietilkarbonāts (DEC), dimetilkarbonāts (DMC), etilmetilkarbonāts (EMC), propilēnkarbonāts (PC), akrilskābe B. Ester (EA), metils. akrilāts (MA) un tamlīdzīgi. Pirms lietošanas organiskais šķīdinātājs ir stingri jākontrolē. Šķīdinātāja tīrība ir cieši saistīta ar stabilu spriegumu. Organiskā šķīdinātāja mitrumam ir izšķiroša nozīme kvalificēta elektrolīta veidošanā. Samazinot ūdeni līdz 10-6, var samazināt litija heksafluorofosfāta sadalīšanos, palēnināt SEI plēves sadalīšanos un novērst gāzes pieaugumu. Mitruma saturu var sasniegt ar molekulāro sietu adsorbciju, atmosfēras vai vakuuma destilāciju un inertas gāzes ievadīšanu. Lai iegūtu šķīdumu ar augstu jonu vadītspēju, lai litija joni ātri pārvietotos, šķīdinātājs parasti ir jaukts materiāls, piemēram, etilēnkarbonāts (EC) + dimetilkarbonāts (DMC), etilēnkarbonāts (EC) + dietilkarbonāts. Ester (DEC).
1.2. Elektrolīta litija sāls
Elektrolīta litija sāls veido lielākās elektrolīta izmaksas, kas veido aptuveni 40% no elektrolīta izmaksām. LiPF6 ir visbiežāk izmantotais elektrolītu litija sāls, kas ir stabils negatīvajam elektrodam, ir augsts elektrovadītspēja, liela izplūdes spēja, maza iekšējā pretestība un ātrs uzlādes un izlādes ātrums. Tomēr tā ir jutīga pret mitrumu un HF, un tā reakcija jāveic sausā atmosfērā (piemēram, cimdu nodalījumā). Tas nav izturīgs pret augstām temperatūrām, un sadalīšanās reakcija notiek 80 ° C līdz 100 ° C temperatūrā, veidojot fosfora pentafluorīdu un litija fluorīdu. . Ņemot vērā izmaksu, drošības un citus aspektus, litija heksafluorofosfātam ir izcilas jonu vadītspējas priekšrocības, augstāka oksidācijas stabilitāte un zems vides piesārņojums. Pašlaik tas ir vēlamais litija jonu akumulatora elektrolīts, un to izmanto arī komerciālos litija jonu akumulatoros. Galvenais elektrolīts. Turklāt uzmanība ir pievērsta LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI un citām litija sāls elektrolītu sistēmām ar augstu drošības līmeni un labu cikla veiktspēju.
1.2.1. Litija heksafluorofosfāts
Šobrīd saistītā izpēte par LiPF6 sagatavošanas procesu galvenokārt ir sadalīta divās kategorijās: HF šķīdinātāja metode un jonu apmaiņas metode. HF? Šķīdinātāja metode ir tradicionālā metode LiPF6 pagatavošanai, izšķīdinot LiF HF šķīdinātājā un pēc tam tieši ievadot vielu, kas satur fosforu vai fluoru, un pēc reakcijas iztvaicējot vai atdzesējot kristālu, lai iegūtu galaproduktu. Metode ir rūpniecisko iekārtu galvenā metode, un sagatavotajam LiPF6 ir augsts tīrības un labas kvalitātes produkts, un tas ir piemērots augstas klases litija bateriju ražošanas pieprasījumam. Tomēr sagatavošanas procesam ir liels pieprasījums pēc iekārtām un ekspluatācijas, un LiPF6 paliekošajam HF ir liela ietekme uz akumulatora darbību.
Vēl viena nozīmīga LiPF6 ražošanas metode ir kastaņu apmaiņas metode. Attiecas uz heksafluorofosfāta jonu apmaiņas metodi ar litiju saturošu savienojumu organiskā šķīdinātājā, lai iegūtu LiPF6. Jonu apmaiņas metodes galvenā iezīme ir tā, ka tā ir vienkārša un vienkārša, bet LiPF6 tīrības problēma ierobežo tās plašo pielietojumu.
1.2.2. Jaunais litija sāls
Pašlaik uzmanība ir pievērsta virknei litija sāls elektrolītu sistēmu ar augstu drošības līmeni un labu cikla veiktspēju. Salīdzinājumā ar tradicionālo litija sāli LiPF6, lai gan visaptverošā spēja nevar konkurēt ar LiPF6, tām ir acīmredzamas priekšrocības dažādos aspektos, piemēram, LiBOB? ir laba elektrochemiskā stabilitāte un termiskā stabilitāte, var reaģēt ar īpašiem šķīdinātājiem, veidojot stabilu SEI? membrānu, ko var samazināt pēc atkārtotiem enerģijas cikliem. LiFSI ir litija akumulatora elektrolīts ar lielisku veiktspēju. Tā ir lieliska vadītspēja un laba saderība ar elektrodu materiāliem. LiBF4 ir labāka ķīmiskā un termiskā stabilitāte nekā LiPF6, un tās drošība ir ievērojami lielāka. Tomēr liels skaits eksperimentālo datu pierāda, ka vienmēr ir dažas nenovēršamas noteikšanas, izmantojot vienu litija sāli. Piemēram, LiFSI ir viegli izraisīt alumīnija koroziju. LiBF4 ir relatīvi mazs anjonu rādiuss, spēcīga mijiedarbība ar litija joniem un vāja vadītspēja. Tas ir zemāks par litija jonu akumulatoru, kas paredzēts tikai kā litija litija sāls. Tāpēc dažādu struktūru un dažādu struktūru litija sāļi ir savienoti tā, lai kompozīta elektrolītam piemīt lieliskas īpašības, kas nav vienkāršu elektrolītu dēļ, tādējādi uzlabojot elektrolītu darbību dažādos aspektos.
1.2.3 Dažādu litija sāļu priekšrocības un trūkumi
LiBF4: zemas temperatūras veiktspēja ir labāka, bet dārga un mazāk šķīstoša;
LiPF6: visaptverošā veiktspēja ir labāka, un trūkums ir viegla ūdens absorbcija un hidrolīze;
LiBOB: augstāka temperatūras veiktspēja ir labāka, jo īpaši kavējot šķīdinātāja bojājumu negatīvajam elektrodam, bet šķīdība ir pārāk zema;
LiFSI: ne tikai videi draudzīga, bet arī ir laba termiskā stabilitāte, jutīgums pret mitrumu un elektriskā vadītspēja;
LiPF2: uzlabo augstas temperatūras cikla veiktspēju un uzglabāšanas veiktspēju, zemas temperatūras izejas veiktspēju, kā arī litija bateriju pārslodzes aizsardzību un līdzsvarotu veiktspēju;
LiTFSI: laba elektroķīmiskā stabilitāte, augsta jonu vadītspēja, laba termiskā stabilitāte un grūti hidrolizējama;
LiTDI: ir ļoti liels litija jonu migrācijas numurs, samazinot litija sāls daudzumu un samazinot akumulatora izmaksas.
1.3.1 Piedevas
Ir daudz veidu piedevas, un dažādiem litija jonu akumulatoru ražotājiem ir atšķirīgas prasības attiecībā uz akumulatora lietošanu un veiktspēju, un arī izvēlēto piedevu fokuss ir atšķirīgs. Kopumā izmantotajām piedevām ir šādas sekas:
(1) Filmu veidojoša piedeva
Neorganiskās plēves veidojošās piedevas: mazas molekulas, piemēram, SO2, CO2 un CO, var veicināt passivācijas plēves veidošanos, un halogenīda, piemēram, LiI vai LiBr, pievienošana var uzlabot arī passivācijas plēvi.
Organiskās plēves veidojošās piedevas: fluorēti, hlorēti un bromēti organiskie savienojumi, piemēram, anizols vai tā halogenētie atvasinājumi, var uzlabot akumulatora darbības ciklu un samazināt akumulatora neatgriezenisko jaudas zudumu. To vidū vinilēnkarbonāts (VC) ir ļoti laba plēves veidojoša piedeva.
(2) samazinot ūdens un HF skābju piedevas elektrolītā
Karbodiimīda savienojums var novērst LiPF6 hidrolīzi uz skābi. Turklāt, lai noņemtu HF, tiek izmantoti daži metāla oksīdi, piemēram, Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 un tamlīdzīgi.
(3) Novērst pārmaksu un pārpalikuma piedevas
Savienojumi, piemēram, organiskie amīni un imīni, bifenili un karbazoli, tiek izmantoti kā piedevas, lai novērstu pārmērīgu uzpildi un pārsniegšanu.
(4) Ugunsdrošas piedevas
Organiskie fosfora savienojumi, tādi kā tetrapropoksisilāns (TPOS), tetrametoksisilāns (TMOS), organiskie savienojumi un halogenētie alkilfosfāti, tiek izmantoti kā liesmas slāpējošās piedevas augstā viršanas temperatūrā augstās uzliesmošanas temperatūras neuzliesmojošajos savienojumos.
(5) Uzlabot zemas temperatūras piedevas
N, N-dimetilrifluoracetamīds, organiskais borsīds, fluoru saturošs karbonāts un cita zema viskozitāte, augsts uzliesmošanas punkts ir labvēlīgs akumulatora zemas temperatūras uzlabošanai.
(6) Daudzfunkcionālas piedevas
Pēc tam, kad PC šķīdinātājam pievienoja 12 kronu-4, tika optimizēts SEI plēve pie elektroda saskarnes, lai samazinātu pirmo neatgriezenisko elektroda jaudas zudumu. Fluorēto organisko šķīdinātāju un halogenēto fosfātu, piemēram, BTE un TTFP pievienošana elektrolītam ne tikai veicina izcilas SEI plēves veidošanos, bet arī elektrolītu ietekmē noteiktu vai pat ievērojamu liesmas slāpēšanu.