Primer, electròlit de bateria de ions de liti
L'electròlit és un dels quatre materials clau per a les bateries de ions de liti. La sang de les bateries d'ions de liti és la garantia per a l'energia d'alta tensió i alta energia de les bateries d'ions de liti. L'electròlit es compon principalment d'un dissolvent orgànic d'alta puresa, una sal d'electròlit de litio, i una matèria primera d'un additiu necessari, i es prepara d'acord amb una certa proporció en determinades condicions.
1.1 dissolvent orgànic
El dissolvent orgànic es barreja generalment amb un solvent dielèctric de gran solvència en un solvent de baixa viscositat. Les sales d'electròlit de litio que s'utilitzen habitualment són perclorat de potassi, hexafluorofosfat de potassi, tetrafluoroborat de potassi, etc., tenint en compte el cost, la seguretat i similars, el hexafluorofosfat de potassi. És l'electròlit principal utilitzat en les bateries comercials d'ions de liti.
Els dissolvents orgànics utilitzats comunament en electròlits de bateries de ions de liti són carbonat d'etilè (EC) carbonat de dietil (DEC), carbonat de dimetil (DMC), carbonat de metil etílic (EMC), carbonat de propilè (PC), àcid acrílic B. Ester (EA), metil acrilat (MA), i similars. El dissolvent orgànic ha d'estar controlat estrictament abans de l'ús. La puresa del dissolvent està estretament relacionada amb la tensió estable. La humitat del dissolvent orgànic juga un paper decisiu en la formulació de l'electròlit qualificat. Baixar l'aigua per sota de 10-6 pot reduir la descomposició del hexafluorofosfat de liti, frenar la descomposició de la pel·lícula SEI i evitar que augmenti el gas. El contingut d'humitat es pot aconseguir mitjançant adsorció de tamís molecular, destil·lació atmosfèrica o de buit, i introducció d'un gas inert. Per obtenir una solució amb alta conductivitat iònica perquè els ions de liti es mouen ràpidament en ell, el dissolvent generalment és un material mixt com el carbonat d'etilè (EC) + carbonat de dimetil (DMC), carbonat d'etilè (EC) + carbonat de dietil. Ester (DEC).
Sal de liti electrolític 1.2
La sal de liti electrolític representa el major cost de l'electròlit, que representa aproximadament el 40% del cost de l'electròlit. LiPF6 és la sal de liti electrolític més utilitzada, que és estable a l'elèctrode negatiu, té una alta conductivitat elèctrica, una gran capacitat de descàrrega, una petita resistència interna i una ràpida velocitat de càrrega i descàrrega. Tanmateix, és sensible a la humitat i a la HF, i la seva reacció s'ha de realitzar en un ambient sec (com una guantera). No és resistent a altes temperatures, i la reacció de descomposició es produeix a 80 ° C a 100 ° C per formar pentafluorur de fòsfor i fluorur de liti. . Tenint en compte el cost, la seguretat i altres aspectes, el hexafluorofosfat de liti té els avantatges de la conductivitat iònica excepcional, l'estabilitat d'oxidació superior i la baixa contaminació ambiental. Actualment és l'electròlit de bateria de ions de liti preferit i també s'utilitza en bateries de ions de liti comercials. L'electròlit principal. A més, LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI i una altra sèrie de sistemes de electròlit de sal de liti amb alta seguretat i bon rendiment del cicle han cridat l'atenció.
1.2.1 hexafluorofosfato de liti
Actualment, la investigació relacionada amb el procés de preparació del LiPF6 es divideix principalment en dues categories: el mètode de dissolvent HF i el mètode d'intercanvi iònic. L'HF? El mètode de dissolvent és el mètode més tradicional per preparar LiPF6 dissolent LiF en un solvent HF i després introduir directament una substància que conté fòsfor o flúor i evaporar o refredar el cristall després de la reacció per obtenir un producte final. El mètode és el mètode principal d'equips industrials, i el LiPF6 preparat té una gran puresa i bona qualitat, i és adequat per a la demanda de producció de bateries de liti d'alta gamma. No obstant això, el procés de preparació té una gran demanda d'equips i operacions, i l'HF que queda en LiPF6 té una gran influència en el rendiment de la bateria.
Un altre mètode important de producció per LiPF6 és el mètode d'intercanvi de castanyes. Es refereix a un mètode d'intercanvi iònic d'un hexafluorofosfat amb un compost que conté liti en un dissolvent orgànic per obtenir LiPF6. La principal característica del mètode d'intercanvi iònic és que és senzilla i senzilla, però el problema de la puresa de LiPF6 limita la seva àmplia aplicació.
1.2.2 Nova sal de liti
Actualment, una sèrie de sistemes d'electròlit de sal de liti amb sistemes d'alta seguretat i bon cicle han atret l'atenció. En comparació amb la tradicional sal d'electròlit de litio LiPF6, tot i que la capacitat global no pot competir amb LiPF6, tenen avantatges evidents en diferents aspectes, com ara, LiBOB? té bona estabilitat electroquímica i estabilitat tèrmica, pot reaccionar amb dissolvents específics per formar un estable? SEI? membrana, que es pot atenuar després de diversos cicles d'energia. LiFSI és un electròlit de bateria de liti amb un excel·lent rendiment. Compta amb una excel·lent conductivitat i una bona compatibilitat amb materials d'elèctrode. LiBF4 té una estabilitat química i tèrmica millor que el LiPF6, i el seu rendiment en seguretat és més notable. Tanmateix, una gran quantitat de dades experimentals demostren que sempre hi ha determinacions ineludibles que utilitzen una sola sal de liti. Per exemple, LiFSI és fàcil de causar corrosió d'alumini. LiBF4 té un radi d'anió relativament petit, una forta interacció amb ions de liti i una conductivitat feble. És inferior en el rendiment com una bateria de ions de liti per utilitzar com a electròlit de sal de liti sol. Per tant, les sals de liti de diferents estructures i estructures diferents es componen, de manera que l'electròlit compost exhibeix excel·lents propietats no posseïdes per electròlits simples, cosa que millora el rendiment dels electrolits en diversos aspectes.
1.2.3 Avantatges i desavantatges de diverses sals de liti
LiBF4: el rendiment de la temperatura baixa és millor, però més costós i menys soluble;
LiPF6: el rendiment integral és millor, i el desavantatge és una fàcil absorció i hidròlisi d'aigua;
LiBOB: el rendiment d'alta temperatura és millor, especialment inhibint el dany d'inserció del dissolvent a l'elèctrode negatiu, però la solubilitat és massa baixa;
LiFSI: no només ecològic, sinó que també té bona estabilitat tèrmica, sensibilitat a la humitat i conductivitat elèctrica;
LiPF2: millora el rendiment del cicle de temperatura alta i el rendiment de l'emmagatzematge, el rendiment de la sortida a baixa temperatura i la protecció de sobrecàrrega i el rendiment equilibrat de la capacitat de les bateries de liti;
LiTFSI: bona estabilitat electroquímica, alta conductivitat iònica, bona estabilitat tèrmica i difícil hidrolitzar;
LiTDI: té un nombre de migració d'ions de liti molt elevat, reduint la quantitat de sal de liti i reduint el cost de la bateria.
1.3.1 Additius
Hi ha molts tipus d'additius, i els diferents fabricants de bateries d'ions de liti tenen diferents requisits sobre l'ús i el rendiment de la bateria, i el focus dels additius seleccionats també és diferent. En general, els additius utilitzats principalment tenen els següents efectes:
(1) additiu de formació de pel·lícules
Additius inorgànics formadors de pel·lícules: petites molècules com SO2, CO2 i CO poden promoure la formació d'una pel·lícula de passivació, i l'addició d'un halogen tal com LiI o LiBr també pot millorar la pel·lícula de passivació.
Els additius orgànics que formen pel·lícules: compostos orgànics fluorats, clorats i bromats com l'anisol o els seus derivats halogenats poden millorar el rendiment del cicle de la bateria i reduir la pèrdua irreversible de la capacitat de la bateria. Entre ells, el carbonat de vinil (VC) és un additiu molt bo de formació de pel·lícules.
(2) reduir la traça d'aigua i els additius d'àcid HF a l'electròlit
El compost de carbodiimida pot prevenir la hidròlisi de LiPF6 en un àcid. A més, alguns oxidis metàl·lics com Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 i similars s'utilitzen per eliminar HF.
(3) Evitar l'sobrecàrrega i sobredistància dels additius
Els compostos com les amines orgàniques i les imines, els bifenils i els carbazoles s'utilitzen com a additius per evitar el sobrecàrrega i el sobredocument.
(4) Additius retardants de flama
Els compostos organofosforats com el tetrapropoxisilano (TPOS), el tetrametoxisilano (TMOS), els compostos d'organofluorina i els alquilfosfats halogenats s'utilitzen com a additius retardants de flama en compostos no inflamables d'alt nivell d'ebullició d'alt compost inflamable.
(5) Milloreu els additius de rendiment a baixa temperatura
N, N-dimetiltrifluoroacetamida, borut orgànic, carbonat que conté flúor i una altra baixa viscositat, alt nivell de flaix és beneficiós per a la millora del rendiment de la bateria a baixa temperatura.
(6) Aditius multifuncionals
Després de 12-corona-4 es va afegir al solvent del PC, la pel·lícula SEI a la interfície d'elèctrode va ser optimitzada per reduir la primera pèrdua de capacitat irreversible de l'elèctrode. L'addició de dissolvents orgànics fluorats i fosfats halogenats, com ara BTE i TTFP a l'electròlit, no només contribueix a la formació d'una pel·lícula SEI excel·lent, sinó que també té un retard de flama determinat o fins i tot significatiu per a l'electròlit.