Ystyr electrolyt batri lithiwm-ion?

◆Beth yw electrolytau dyfrllyd?

◆Cyflwyniad i electrolytau solet

Mae'r electrolyte, yn elfen anhepgor obatris ion lithiwm, yn chwarae rhan hanfodol yng nghylchredau gwefru-y batri.

Mae nid yn unig yn gyfrifol am gludo ïonau lithiwm yn effeithlon a dargludiad cerrynt, ond mae hefyd yn meddu ar briodweddau inswleiddio electronig i atal llif electronau uniongyrchol rhwng yr electrodau positif a negyddol yn effeithiol. Yn ffigurol, mae'r electrolyte fel y "gwaed" y tu mewn i batri ïon lithiwm, gan sicrhau'r cysylltedd rhwng y deunyddiau electrod positif a negyddol, a thrwy hynny warantu cynnydd llyfn y broses ryddhau tâl gyfan.

Dylai electrolyt delfrydol ar gyfer batri ïon lithiwm fodloni'r pum gofyniad canlynol:

Gyda'r galwadau cynyddol am ddwysedd ynni batri a dwysedd pŵer, mae technoleg batri yn datblygu'n gyflym, ac mae deunyddiau electrod wedi gwneud cynnydd aruthrol. Mewn cyferbyniad, mae datblygiad systemau electrolyte wedi llusgo ar ei hôl hi. Ar hyn o bryd, gellir dosbarthu datblygiad electrolytau batri ïon lithiwm yn dri math: electrolytau nad ydynt yn doddyddion dyfrllyd, electrolytau dyfrllyd, ac electrolytau cyflwr solid.

Electrolyt toddydd nad yw'n-ddyfrllyd

 

Mae electrolytau nad ydynt yn doddyddion dyfrllyd mewn batris ïon lithiwm yn cyfeirio at systemau electrolytau nad ydynt yn cynnwys dŵr, sy'n cynnwys toddyddion, hydoddion (halwyn lithiwm fel arfer), ac ychwanegion yn bennaf. Mae'r toddyddion di-ddyfrllyd hyn fel arfer yn doddyddion organig, yn hytrach na thoddyddion dyfrllyd, i osgoi electrolysis dŵr neu adweithiau niweidiol â deunyddiau electrod. Halwynau lithiwm yw'r prif gludwyr ar gyfer cludo ïon lithiwm, mae toddyddion yn diddymu, yn gwasgaru ac yn cefnogi halwynau lithiwm, ac mae ychwanegion yn gweithredu'n bennaf i wella perfformiad electrocemegol neu ddiogelwch batris ïon lithiwm.

Mae electrolytau sydd ar gael yn fasnachol (hy, electrolytau hylif) a ddefnyddir mewn batris ïon lithiwm yn bennaf yn cynnwys un neu fwy o halwynau lithiwm wedi'u toddi mewn dau neu fwy o doddydd organig; mae electrolytau sy'n cynnwys un toddydd yn brin iawn. Y rheswm dros ddefnyddio toddyddion lluosog yw bod gan fatris byd go iawn ofynion gwahanol, hyd yn oed croes, sy'n anodd eu bodloni gan ddefnyddio un toddydd. Er enghraifft, efallai y bydd angen hylifedd uchel ar electrolytau tra hefyd yn meddu ar gysonyn dielectrig uchel; felly, mae toddyddion â gwahanol briodweddau ffisiocemegol yn aml yn cael eu defnyddio mewn cyfuniad, gan arddangos nodweddion gwahanol ar yr un pryd. At hynny, yn gyffredinol ni ddefnyddir halwynau lithiwm ar yr un pryd oherwydd bod y dewis o halwynau lithiwm yn gyfyngedig, ac nid yw eu manteision yn amlwg yn hawdd.

Dylai toddyddion organig delfrydol feddu ar yr eiddo allweddol canlynol: Yn gyntaf, mae angen cysonyn dielectrig uchel arnynt i sicrhau diddymiad da o halwynau lithiwm; yn ail, dylai fod ganddynt bwynt toddi isel a berwbwynt uchel i ehangu ystod tymheredd gweithredu'r electrolyte; yn drydydd, mae gludedd isel yn helpu i hyrwyddo mudo ïonau lithiwm yn effeithlon yn y cyfrwng; ac yn olaf, dylai'r toddyddion hyn fod yn rhad ac â gwenwyndra isel (yn ddelfrydol heb fod yn wenwynig). Mae cyfansoddion carbonad, fel un o'r toddyddion organig cynharaf a mwyaf cyffredin a ddefnyddir yn y diwydiant batri ïon lithiwm, mewn safle hanfodol ym maes electrolytau batri.

Ar hyn o bryd, mae'r math hwn o doddydd yn bennaf yn cynnwys dwy ffurf strwythurol: cylchol a chadwyn. Mae'r tabl isod yn crynhoi paramedrau ffisegol perthnasol nifer o doddyddion, electrolytau a thoddyddion organig nad ydynt yn cael eu defnyddio'n gyffredin.

Ar hyn o bryd, defnyddir toddyddion carbonad alcyl yn eang mewn electrolytau. Mae gan y toddyddion hyn ymwrthedd ocsideiddio da ac maent yn arddangos sefydlogrwydd rhagorol o dan amodau foltedd uchel. Mae carbonadau cylchol, fel carbonad ethylene a charbonad propylen, yn adnabyddus am eu cysonion dielectrig uchel, sy'n golygu y gallant hydoddi halwynau lithiwm yn fwy effeithiol; fodd bynnag, oherwydd grymoedd rhyngfoleciwlaidd cryf, mae gan y toddyddion hyn gludedd uchel, sy'n arafu symudiad ïonau lithiwm ynddynt. Mewn cyferbyniad, mae gan garbonadau cadwyn, megis carbonad dimethyl a diethyl carbonad, er bod ganddynt gludedd is, gysonion dielectrig cymharol isel, gan arwain at effeithlonrwydd diddymu cymharol wael ar gyfer halwynau lithiwm. Felly, i baratoi systemau datrysiad â dargludedd ïonig uwch, mae gwahanol fathau o doddyddion yn aml yn cael eu cymysgu, megis cyfuniadau PC + DEC neu EC + DMC. Mae halwynau lithiwm, fel ffynhonnell ïonau lithiwm yn yr electrolyte, yn chwarae rhan fawr mewn trafnidiaeth ïon lithiwm yn ystod y broses codi tâl a gollwng batris ïon lithiwm. Mae eu perfformiad yn effeithio'n uniongyrchol ar sawl agwedd ar fatris ïon lithiwm, gan gynnwys dwysedd ynni, dwysedd pŵer, ystod foltedd gweithredu, bywyd beicio, a diogelwch. Ar hyn o bryd, mewn ymchwil labordy ac arfer diwydiannol, mae halwynau lithiwm â radii anionig mawr a sefydlogrwydd rhydocs uchel yn cael eu dewis yn nodweddiadol. Yn seiliedig ar eu cyfansoddiad cemegol, gellir dosbarthu halwynau lithiwm yn fras yn ddau gategori: halwynau lithiwm anorganig a halwynau lithiwm organig. Mae nifer o halwynau lithiwm anorganig wedi'u datblygu, gan gynnwys LiPF6, LiClO4, LIBF, a LIASF. Mewn cyferbyniad, mae halwynau lithiwm organig a ddefnyddir yn gyffredin mewn batris ïon lithiwm yn cael eu llunio trwy ychwanegu electronau -dynnu grwpiau i anionau'r halwynau lithiwm anorganig hyn, fel lithiwm dioxalato-borate (LiBOB), lithiwm difluorooxalato{-borate ([iODFB]), lithiwm difluorooxalato ([iODFB]), lithiwm difluoroffon a lithiwm ditrifluoromethylsulfonylimide (LTFSI). Mae'r tabl isod yn dangos priodweddau ffisiocemegol perthnasol nifer o halwynau lithiwm a ddefnyddir yn gyffredin mewn batris ïon lithiwm.

Mae ychwanegion yn sylweddau sy'n cael eu hychwanegu at yr electrolyte mewn crynodiadau isel (fel arfer dim mwy na 10% yn ôl màs) sydd â swyddogaethau penodol a gallant wella nodweddion electrocemegol y batri yn sylweddol. Yn seiliedig ar eu swyddogaethau, gellir dosbarthu'r ychwanegion hyn yn fras i sawl categori: ffilm -ffurfio ychwanegion, gwrth-fflamau, ac ychwanegion i atal gorwefru. Yn ogystal, defnyddir ychwanegion i wella dargludedd, gwneud y gorau o berfformiad o dan amodau tymheredd isel, neu reoli symiau hybrin a chrynodiadau HF yn yr hydoddiant electrolyte.