اول، الکترولیت باتری یون لیتیوم
الکترولیت یکی از چهار ماده کلیدی برای باتری های لیتیوم یون است. خون باتری های لیتیوم یون تضمین انرژی با ولتاژ بالا و انرژی بالا باتری های لیتیوم یون است. الکترولیت به طور عمده از یک حلال آلی با خلوص بالا، یک نمک لیتیوم الکترولیتی و یک ماده خام از یک افزودنی ضروری تشکیل شده است و تحت شرایط خاصی نسبت به یک نسبت خاص آماده می شود.
1.1 حلال آلی
حلال آلی به طور کلی با یک حلال ثابت دی الکتریک در یک حلال با غلظت کم مخلوط شده است. معمولا با استفاده از نمک های لیتیوم الکترولیت پتاسیم، پرکلرات پتاسیم، هگزافلوروفسفات پتاسیم، tetrafluoroborate پتاسیم، و غیره، با توجه به هزینه، ایمنی و مانند آن، هگزافلوروفسفات پتاسیم این الکترولیت اصلی است که در باتری های لیتیوم یونی تجاری استفاده می شود.
الکترولیت های باتری لیتیوم یون معمولا استفاده می شود از کربنات اتیلن (EC) دی اتیل کربنات (DEC)، دی متیل کربنات (DMC)، اتال متیل کربنات (EMC)، پروپیلن کربنات (PC)، اسید اکریلیک B. Ester (EA)، متيل اکریلات (MA)، و مانند آن. حلال های آلی باید قبل از مصرف به شدت کنترل شود. خلوص حلال به طور مستقیم با ولتاژ پایدار ارتباط دارد. رطوبت حلال آلی نقش مهمی در فرمول الکترولیت واجد شرایط دارد. کاهش آب کمتر از 10-6 می تواند تجزیه هگزافلوروفسفات لیتیوم را کاهش دهد، تجزیه تجزیه فیلم SEI را کاهش می دهد و از افزایش گاز جلوگیری می کند. محتوای رطوبت را می توان با جذب مولکولی غربالگری، جوشکاری یا تقطیر خلاء و معرفی گاز بی اثر به دست آورد. به منظور به دست آوردن یک راه حل با هدایت یونی بالا، به طوری که یون های لیتیوم به سرعت در آن حرکت می کنند، حلال به طور کلی مواد مخلوط مانند کربنات اتیلن (EC) + دی متیل کربنات (DMC)، کربنات اتیلن (EC) + دیکتیل کربنات است. استر (DEC).
1.2 نمک لیتیوم الکترولیت
نمک لیتیوم الکترولیتی بزرگترین هزینه الکترولیت را تشکیل می دهد که تقریبا 40 درصد هزینه های الکترولیت را تشکیل می دهد. LiPF6 شایعترین نوع استفاده از نمک لیتیوم الکترولیتی است که به الکترود منفی پایدار است، دارای هدایت الکتریکی بالا، ظرفیت تخلیه بزرگ، مقاومت داخلی کوچک و سرعت شارژ سریع و تخلیه است. با این حال، آن را به رطوبت و HF حساس است، و واکنش آن باید در جو خشک (مانند جعبه دستکش) انجام شود. این به درجه حرارت بالا مقاوم نیست و واکنش تجزیه در دمای 80 تا 100 درجه سانتیگراد رخ می دهد تا فسفر پنتافلوئورید و فلوراید لیتیوم تشکیل شود. . با توجه به هزینه، ایمنی و سایر جنبه ها، هگزافلوروفسفات لیتیوم دارای مزایای هدایت یونی برجسته، پایداری اکسایش برتر و آلودگی محیط زیست کم است. این در حال حاضر الکترولیت باتری لیتیوم یون است و همچنین در باتری های لیتیوم یونی استفاده می شود. الکترولیت اصلی. علاوه بر این، LiBF4، LiPF6، LiBOB، LiFSI، LiPF2، LiTDI و دیگر مجموعه های الکترولیت های نمکی لیتیوم با عملکرد ایمنی بالا و چرخه خوب توجه کرده اند.
1.2.1 hexafluorophosphate لیتیوم
در حال حاضر، تحقیقات مربوط به فرایند آماده سازی LiPF6 عمدتا به دو دسته تقسیم می شود: روش حلال HF و روش تبادل یونی. HF؟ روش حلال روش سنتی برای آماده سازی LiPF6 با حل کردن LiF در حلال HF است و سپس به طور مستقیم ماده ای حاوی فسفر یا فلوئور را وارد کرده و تبخیر یا خنک سازی بلور را پس از واکنش برای تولید محصول نهایی به دست می آورید. این روش روش اصلی تجهیزات صنعتی است و LiPF6 آماده شده دارای خلوص بسیار بالا و کیفیت خوب است و مناسب برای تولید باتری لیتیوم باتری است. با این حال، روند آماده سازی تقاضای زیادی برای تجهیزات و عملیات دارد و HF باقی مانده در LiPF6 تأثیر زیادی بر عملکرد باتری دارد.
یکی دیگر از روش های تولید بزرگ برای LiPF6، روش ارزشیابی شاه بلوط است. برای به دست آوردن LiPF6 به یک روش مبادله یون یک هگزافلوروفسفات با یک ترکیب حاوی لیتیوم در یک حلال آلی اشاره می شود. ویژگی اصلی روش مبادله یونی این است که آن را ساده و آسان، اما مشکل خلوص LiPF6 برنامه کاربرد گسترده آن را محدود می کند.
1.2.2 نمک لیتیوم جدید
در حال حاضر، یک سری از سیستم های الکترولیت نمک لیتیوم با عملکرد ایمنی بالا و چرخه خوب توجه کرده اند. در مقایسه با سولفیت سدیم لیتیوم الکترولیتی LiPF6، اگر چه توانایی جامع نمی تواند با LiPF6 رقابت کند، اما مزایای مشخصی در جنبه های مختلف مانند LiBOB دارد؟ دارای پایداری الکتروشیمیایی خوب و پایداری حرارتی است، می تواند با حلال های خاص واکنش دهد تا یک پایدار ایجاد کند؟ SEI؟ غشاء، که می تواند پس از چرخه های مکرر انرژی کاهش یابد. LiFSI یک الکترولیت باتری لیتیوم با عملکرد عالی است. دارای هدایت عالی و سازگاری خوبی با مواد الکترود است. LiBF4 دارای پایداری شیمیایی و حرارتی نسبت به LiPF6 است و عملکرد ایمنی آن قابل توجه است. با این حال، تعداد زیادی از داده های تجربی ثابت می کند که همیشه تعیین برخی اجتناب ناپذیر با استفاده از یک نمک لیتیوم تنها وجود دارد. به عنوان مثال، LiFSI آسان است به علت خوردگی آلومینیوم. LiBF4 دارای نسبتا کوچک شعاع آنیون، تعامل قوی با یون لیتیوم و هدایت ضعیف است. این عملکرد در مقایسه با یک باتری یون لیتیوم برای استفاده به عنوان یک نمک لیتیوم الکترولیتی به تنهایی پایین تر است. بنابراین، نمک های لیتیوم از سازه های مختلف و ساختار های مختلف ترکیب شده اند، به طوری که الکترولیت کامپوزیت دارای خواص عالی که توسط الکترولیت های ساده ای ندارند، در نتیجه بهبود عملکرد الکترولیت در جنبه های مختلف.
1.2.3 مزایا و معایب انواع نمکهای لیتیوم
LiBF4: عملکرد پایین تر بهتر است، اما گران تر و محلول کمتر است.
LiPF6: عملکرد جامع بهتر است، و نواقص جذب آب و هیدرولیز آسان است؛
LiBOB: عملکرد بالا درجه حرارت بهتر است، به خصوص مهار آسیب قرار دادن حلال به الکترود منفی، اما حلالیت خیلی کم است؛
LiFSI: نه تنها سازگار با محیط زیست، بلکه دارای پایداری حرارتی خوب، حساسیت به رطوبت و هدایت الکتریکی است.
LiPF2: بهبود عملکرد چرخه با درجه حرارت بالا و عملکرد ذخیره سازی، عملکرد خروجی با درجه حرارت پایین، و حفاظت بیش از حد و عملکرد با ثبات باتری باتری لیتیوم؛
LiTFSI: پایداری الکتروشیمیایی خوب، هدایت یونهای بالا، پایداری حرارتی خوب و هیدرولیز شدن دشوار است.
LiTDI: دارای تعداد بسیار زیاد مهاجرت یون لیتیوم، کاهش میزان نمک لیتیوم و کاهش هزینه باتری است.
1.3.1 افزودنی ها
انواع مختلفی از افزودنی ها وجود دارد و تولید کنندگان باتری های مختلف یون لیتیوم دارای الزامات مختلفی برای استفاده و عملکرد باتری هستند و تمرکز مواد افزودنی انتخاب شده نیز متفاوت است. به طور کلی، مواد افزودنی مورد استفاده عمدتا دارای اثرات زیر است:
(1) فیلم تشکیل دهنده افزودنی
افزودنی های تشکیل دهنده مواد معدنی: مولکول های کوچک مانند SO2، CO2 و CO می توانند تشکیل یک فیلم پاسسیو را ترویج دهند و اضافه کردن یک هالید مانند LiI یا LiBr همچنین می تواند فیلم Passivation را بهبود بخشد.
افزودنیهای تشکیل دهنده آلرژی: ترکیبات آلی فلوراید، کلر و برومند مانند آنیسول یا مشتقات آن با هالوژن می توانند عملکرد چرخه باتری را بهبود بخشند و باعث کاهش ضرر و زیان باطری قابل برگشت ناپذیر. در میان آنها، کربنات وینیلن (VC) یک افزودنی تشکیل دهنده بسیار خوب فیلم است.
(2) کاهش آب ردیابی و مواد افزودنی اسید HF در الکترولیت
ترکیب کربویدییمید می تواند هیدرولیز LiPF6 را به اسید تبدیل کند. علاوه بر این، برخی از اکسید های فلزی مانند آلومینیوم، MgO، BaO، Li2CO1، CaCO1 و مانند آن برای حذف HF مورد استفاده قرار می گیرند.
(3) جلوگیری از اضافه بار و مواد افزودنی بیش از حد
ترکیبات مانند آمین های آلی و ایزین، بیفنییل ها و کربازول ها به عنوان مکمل برای جلوگیری از اضافه بار و بیش از حد تخمیر استفاده می شود.
(4) افزودنی های مقاوم در برابر شعله
ترکیبات ارگانوفسفره مانند تتراپوپسی اسیلان (TPOS)، تترامتوکسیسیلان (TMOS)، ترکیبات آلفلوفورین و فسفات آلکالن هالوژنه به عنوان مواد افزودنی بازدارنده در نقطه بالا نقطه جوش بالا به عنوان ترکیبات غیر قابل اشتعال استفاده می شود.
(5) بهبود افزودنی های عملکردی کم دما
N، N-dimethyltrifluoroacetamide، بورید ارگانیک، کربنات حاوی فلورین و دیگر ویسکوزیته کم، نقطه فلاش بالا برای بهبود عملکرد پایین باتری مفید است.
(6) مواد افزودنی چند منظوره
بعد از 12 ترم 4 به حلال PC اضافه شد، فیلم SEI در رابط الکترود به منظور کاهش اولین افت غیر قابل برگشت از الکترود بهینه شد. اضافه کردن حلال های آلی فلور شده و فسفات های هالوژنی شده مانند BTE و TTFP به الکترولیت نه تنها به تشکیل یک فیلم عالی SEI کمک می کند، بلکه دارای خاصیت یا حتی قابل توجه بودن مقاوم شدن شعله به الکترولیت است.