Elektrolît di pîlê lîtium de çi ye?

Elektrolît di pîlê lîtium de çi ye?

elektrolît

Elektrolît di pîlê lîtium-yonê de hilgirê îyonan e. Ew bi gelemperî ji xwêyên lîtium, halên organîk û lêzêdeyan pêk tê, wek ku di jimar 7 de tê nîşandan-4. Elektrolît di veguheztina îyonan de di navbera elektrodên erênî û neyînî yên pîlê lîtium-yonê de rolek girîng dilîze, û avantajên wê yên wekî voltaja bilind û enerjiya taybetî ya bilind misoger dike. Elektrolît bi gelemperî di bin şert û mercên taybetî û bi rêjeyên taybetî de ji halên organîk ên paqijiya bilind, xwêyên lîtiumê û pêvekên pêwîst têne amadekirin. Dema ku materyalên elektrodê zencîreya enerjiya pîlê diyar dike, elektrolît bi bingehîn jiyana çerxa wê, performansa germahiya bilind û nizm, û ewlehiya wê diyar dike. Pêkhatina bingehîn a elektrolîtê bi rengek neguhêrbar dimîne; nûbûn bi giranî di pêşkeftina xwê û pêvekên lîtiumê yên nû de, û her weha têgihiştinek kûr a pêvajoyên kîmyewî yên navrû û mekanîzmayên ku di bataryayên lîtium-ion de têkildar in de ye.

Gelek cureyên xwêyên lîtiumê hene, wek ku di jimar 7 de tê nîşandan-5, lê pir hindik di bataryayên lîtium-ionê yên bazirganî de têne bikar anîn. Xwêya lîtiumê ya îdeal divê xwediyê taybetmendiyên jêrîn be:

1) Rêjeya komeleyê ya kêm, bi hêsanî di nav halên organîk de tê çareser kirin, ku guheztina îyonî ya bilind a elektrolîtê peyda dike.

2) Anyonên bi berxwedana antîoksîdan û kêmkirinê; hilberên kêmkirinê avakirina fîlimek SEI ya domdar, kêm-berxwedan hêsan dike.

3) Îstîqrara kîmyewî ya baş, bêyî ku bibe sedema reaksiyonên alîgir ên zirardar bi materyalên elektrodê, elektrolît, an veqetankeran.

4) Pêvajoya amadekirina hêsan, lêçûnek kêm, ne-jehirkirî û bê qirêj-.

LiPF6 xwêya lîtiumê ya herî zêde tê bikaranîn e. Her çend taybetmendiyên wê yên takekesî ne yên wê yên herî berbiçav in, ew di elektrolîtên helwêst ên tevlihev ên karbonat de performansa giştî ya bi nisbet çêtirîn nîşan dide. LiPF6 avantajên sereke yên jêrîn hene:

1) Çareseriya guncav û gihandina îyonî ya bilind di halên ne{1}}avî de.

2) Ew dikare fîlimek pasîvasyonê ya domdar li ser rûbera berhevkarên heyî yên pelika aluminiumê çêbike.

3) Ew bi hevrêzî fîlimek SEI ya domdar li ser rûbera elektrodê grafît bi solavên karbonat re çêdike.

Lêbelê, LiPF6 xwedan îstîqrara germî ya qels e û meyla reaksiyonên hilweşandinê ye. Berhemên jêrîn dikarin zirarê bidin fîlima SEI ya li ser rûyê elektrodê, hêmanên çalak ên elektrodê erênî hilweşînin, û di dema bisiklêtan de bibe sedema hilweşîna kapasîteyê.

LiBF di heman demê de pêvekek xwêya lîtiumê ya bi gelemperî tê bikar anîn e. Li gorî LiPF6, LiBF xwedan rêjeyek germahiya xebitandinê ya firehtir,-îstiqrara germahiya bilind û performansa germahiya nizm-bertir heye. LiBF xwedan gihandina bilind, pencereyek elektrokîmyayî ya berfireh, û aramiya germî ya baş e. Awantajiya wê ya herî mezin di taybetmendiya çêkirina fîlima-ê de ye, ji ber ku ew dikare rasterast beşdarî damezrandina filmê SEI bibe.

Ji hêla strukturî ve, LiDFOB ji nîv-molekulên LiBOB û LiBF pêk tê, ku avantajên fîlima baş{-taybetmendiyên avakirina LiBOB-ê û performansa germahiya nizm-a baş a LiBF4 li hev dicivîne. Li gorî LiBOB-ê, LiDFOB di halên karbonat ên xêzik de xwedan helbûnek bilindtir e û guheztina elektrolîtê ya bilindtir e. Performansa wê ya bilind-germ û nizm-ji LiPF4 çêtir e, û bi katoda pîlê re hevahengiyek baş heye, li ser rûyê pelika aluminiumê fîlimek pasîvasyonê çêdike û oksîdasyona elektrolîtê asteng dike.

Komên CF3SO2 yên di avahiya LiTFSI de xwedan elektronek xurt e-bandora vekişandinê, ku ji cihbûna bareya neyînî zexm dike û hevgirtina îyonan kêm dike, di encamê de helbûna xwê zêde dibe. Wekî din, LiTFSI xwedan guheztina elektrîkê ya bilind, germahiya hilweşîna termal a bilind e, û bi hêsanî hîdrolîz nabe; lêbelê, ew ê di voltaja jorê 3.7V de kolektîfên niha yên aluminiumê bi tundî xera bike.

Atomên fluorînê yên di molekula LiFSI de xwedî taybetiyên vekişîna elektron-bi hêz in, ku bara neyînî ya li ser N ji cih digire, di encamê de girêdana îonên qels û veqetandina hêsan a Li+ pêk tê, bi vî rengî rê li ber gihandina bilind vedike.

LiPO2F2 performansa germahiya kêm-baş nîşan dide û di heman demê de performansa germahiya bilind a elektrolîtê jî baştir dike. Wekî pêvek, ew dikare fîlimek SEI-ya dewlemend a LixPOyFz û LiF li ser rûbera elektrodê neyînî ava bike, ku ji kêmkirina impedance navrûya batterê re dibe alîkar û performansa çerxa batterê baştir dike. Lêbelê, LiPO2F2 di heman demê de ji çareserbûna kêm jî diêşe.

Pêkhateya sereke yaelektrolîta şilşêlê organîk e, ku xwêyên lîtiumê dihelîne û hilgirê îyonên lîtiumê peyda dike. Ji bo elektrolîteke bataryaya lîtium-îyonek îdeal helawkarek organîk pêdivî ye ku şertên jêrîn bicîh bîne:

1) Ji bo xwêyên lîtiumê domdariya dielektrîkî ya bilind û şiyana hilweşandina xurt.

2) Xala helînê ya nizm û xala kelandinê ya bilind, di nav germahiyek berfireh de rewşek şil diparêze.

3) Vîskozîteya kêm, veguheztina lîtium-îon hêsan dike.

4) Stabiliya kîmyewî ya baş, zirarê nade avahiya elektrodê ya erênî û neyînî an jî materyalên elektrodê erênî û neyînî hilweşîne.

5) Niqteya şewqê ya bilind, ewlekariya baş, lêçûna kêm, ne-jehrîn û ne-gewr.

Vexwarinên organîk ên hevpar ên ku di elektrolîtên bataryayê yên lîtium-îyonî de têne bikar anîn bi giranî di nav halên karbonat û êterên organîk de têne dabeş kirin, wekî ku di Xiflteya 7 de tê nîşandan-6. Ji bo bidestxistina elektrolîteke bataryaya lîtium-îyonê ya bi performansa bilind, bi gelemperî halverek tevlihev a ku du an jî zêdetir halên organîk dihewîne tê bikar anîn, ku dihêle ku ew hevûdu temam bikin û performansa giştî ya çêtir bi dest bixin. Taybetmendiyên fizîkî yên şêlên karbonat ên hevpar di Tabloya 7-1 de têne destnîşan kirin.

Tablo 7-1 Taybetmendiyên fizîkî yên halên karbonat ên hevpar

Vexwarerên etera organîk bi giranî eterên zincîreyê yên wekî 1,2-dimethoxypropane (DMP), dimethoxymethane (DMM) û ethylene glycol dimethyl ether (DME) û etherên dorhêlî yên wekî tetrahydrofuran (THF) û 2--methoksypropane (DMP) hene. Ji bo helawerên etherê yên zincîreyê, zincîra karbonê çiqas dirêjtir be, aramiya kîmyewî baştir e, lê vîskozîtî bilindtir û rêjeya koçberiya lîtium-îon kêmtir dibe. Ethylene glycol dimethyl ether dikare bi lîtium hexafluorophosphate re kelatek bi îstîqrar (LiPF6 · DME) çêbike, ji bo xwêyên lîtiumê hêza hilweşandinê ya xurt nîşan dide û di encamê de guheztina elektrolîtê ya bilind çêdike. Lêbelê, DME xwedan îstîqrara kîmyewî ya belengaz e û nikare li ser rûyê materyalê elektrodê neyînî fîlimek pasîvasyonê ya domdar ava bike.

Hevalên karbonat karbonatên dorhêl ên wekî karbonat propylene (PC) û karbonat etilen (EC), û karbonatên zincîre yên wekî karbonat dimethyl (DMC), karbonat diethyl (DEC), û karbonat methyl ethyl (EMC) hene. Karbonatên sîklîk xwedan domdariya dielektrîkê ya bilind in, ku xwêyên lîtiumê bêtir çareser dibin, lê di heman demê de vîskozîteyek wan jî bilind e, di encamê de rêjeya koçberiya lîtium-iyon kêm dibe. Karbonatên zincîrê xwedan domdariya dielektrîkî ya kêm û helbûna xwêya lîtiumê ya qels in, lê vîskozîteyek kêm û herikîna baş heye, ku koça lîtium-îon hêsan dike.

Cûreyên pêvekên êgir-ji bo elektrolîtên lîtium-îyonên îyonê di jimar 7 de-7 hatine nîşandan. Zêdekerên ku bi mîqdarên piçûk têne bikar anîn, xwedî bandorên girîng in û ji bo baştirkirina performansa bataryayên lîtium-îonê rêbazek aborî û pratîkî ne. Bi lêzêdekirina dozek piçûk a lêzêdekeran li elektrolîta bataryayên lîtium-yonê, hin taybetmendiyên performansa bataryayê bi taybetî dikarin werin baştir kirin, wek kapasîteya veguhezbar, lihevhatina elektrod/elektrolît, performansa çerxê, performansa rêjeyê, û performansa ewlehiyê, ku di bataryayên lîtium-îon de rolek girîng dileyzin. Pêvekek elektrolîtê ya bateriya lîtium-ionê ya îdeal divê xwediyê çar taybetmendiyên jêrîn be:

1) Di halên organîk de helbûna bilind.

2) Mîqdarek piçûk dikare yek an çend taybetmendiyên performansê bi girîngî baştir bike.

3) Bi hêmanên din ên pîlê re ku bandorê li performansa batterê dikin re reaksiyonên alîgir ên zirardar tune.

4) Mesrefa kêm, ne-jehrîn an kêm jehr.

Li ser bingeha fonksiyona wan, lêzêde dikarin di nav lêzêdeyên guhêrbar, pêvekên parastina zêdebarkirinê, lêzêdekirinên bertengkirina şewatê, SEI fîlima-zêdekerên çêker, parastvanên materyalê katodê, stabîlîzkerên LiPF6, û lêzêdekarên din ên fonksiyonel werin dabeş kirin.

Zêdekarên guhêrbar performansa rêjeya bataryayên lîtium-yonê baştir dikin bi hevrêziya bi îyonên elektrolîtê re, pêşvebirina belavbûna xwêya lîtiumê, û zêdekirina gihandina elektrolîtê. Ji ber ku lêzêdekirinên rêkûpêk bi reaksiyonên hevrêziyê dixebitin, ji wan re lêzêdekirina lîgandê jî tê gotin, û li ser bingeha îyona hevberdanê di nav lîgandên anionîk, lîgandên kationîk û lîgandên bêalî de têne dabeş kirin.

Pêvekên parastina zêdebar parastina zêdebarkirinê peyda dikin an jî tolerasyona zêdebarkirinê zêde dikin. Ew bi fonksiyonel di nav lêzêdekirina redox û additives monomer de têne dabeş kirin. Heya nuha, pêvekên redox bi gelemperî rêzikên anisole ne, ku xwedan potansiyelên redox-ê yên bilind û çareserbûnek baş in. Zêdekarên monomer di bin voltaja bilind de reaksiyonên polîmerîzasyonê derbas dikin, gazan berdidin, û polîmer rûbera maddeya katodê dixe, barkirinê qut dike. Zêdekarên monomer bi gelemperî pêkhateyên aromatîk ên wekî xylene û phenylcyclohexane hene.

Zêdekarên retardant ên agir bi bilindkirina xala şewatê ya elektrolîtê an bidawîkirina reaksiyona zincîra radîkal a azad a ku şewitandinê asteng dike kar dikin. Cûreyên wan di jimar 7-8 de hatine nîşandan. Zêdekirina retardantên agirê yek ji wan awayên girîng e ku meriv agirpêketina elektrolîtê kêm bike, berbelavkirina germahiya xebitandinê ya bataryayên lîtium-ion berfireh bike, û performansa wan baştir bike. Mekanîzmayên çalakiya lêzêdekerên retardant ên agir bi gelemperî du celeb in:

1) Bi çêkirina qatek îzolekirinê di navbera qonaxa gazê û qonaxa kondenskirî de, ew hem di qonaxên kondenskirî û hem jî di qonaxên gazê de pêşî li şewitandinê digirin.

2) Ew di pêvajoya reaksiyona şewitandinê de radîkalên azad digirin, reaksiyona zincîra radîkal a azad a ku reaksiyonên şewatê di navbera qonaxên gazê de asteng dike diqede.