Ensinnäkin litiumioniakkuelektrolyytti
Elektrolyytti on yksi neljästä tärkeimmistä litiumioniakkujen materiaaleista. Litiumioniakkujen veri on takuu litiumioniakkujen korkeajännitteiselle ja suurenergiselle energialle. Elektrolyytti koostuu pääasiassa erittäin puhtaisesta orgaanisesta liuottimesta, elektrolyytti litium- suolasta ja tarvittavan lisäaineen raaka-aineesta, ja se valmistetaan tietyn suhteen tietyissä olosuhteissa.
1,1 orgaaninen liuotin
Orgaaninen liuotin sekoitetaan yleensä korkean dielektrisen vakioliuottimen kanssa matalan viskositeetin liuottimessa. Yleisesti käytettävät elektrolyyttisuolasuolat ovat kaliumperkloraatti, kaliumheksafluorifosfaatti, kaliumtetrafluoriboraatti jne. Kustannusten, turvallisuuden ja muiden kaltaisten heksafluorifosfaattien kannalta. Se on tärkein elektrolyytti, jota käytetään kaupallisissa litiumioniakkuissa.
Yleisesti käytetyt orgaaniset liuottimet litiumioniakkujen elektrolyytteissä ovat etyleenikarbonaatti (EC) dietyylikarbonaatti (DEC), dimetyylikarbonaatti (DMC), etyylimetyylikarbonaatti (EMC), propyleenikarbonaatti (PC), akryylihappo B. Ester (EA), metyyli akrylaatti (MA) ja vastaavat. Orgaaninen liuotin on valvottava tarkasti ennen käyttöä. Liuottimen puhtaus liittyy läheisesti stabiiliin jännitteeseen. Orgaanisen liuottimen kosteus on ratkaisevassa asemassa pätevän elektrolyytin muodostamisessa. Veden laskeminen alle 10-6: een voi vähentää litiumheksafluorifosfaatin hajoamista, hidastaa SEI-kalvon hajoamista ja estää kaasun nousun. Kosteuspitoisuus voidaan saavuttaa molekyyliseulan adsorptiolla, ilmakehän tai tyhjötislauksella ja inertin kaasun syöttämisellä. Saadakseen liuoksen, jolla on suuri ioninen johtavuus niin, että litiumionit liikkuvat nopeasti, liuotin on yleensä sekamateriaali, kuten etyleenikarbonaatti (EC) + dimetyylikarbonaatti (DMC), eteenikarbonaatti (EC) + dietyylikarbonaatti. Ester (DEC).
1.2 elektrolyytti litium-suola
Elektrolyytti litium-suola muodostaa suurimman elektrolyytin hinnan, joka on noin 40% elektrolyytin kustannuksista. LiPF6 on yleisimmin käytetty elektrolyyttisuola, joka on stabiili negatiiviselle elektrodille, jolla on korkea sähkönjohtavuus, suuri purkauskapasiteetti, pieni sisäinen vastus ja nopea lataus- ja purkausnopeus. Se on kuitenkin herkkä kosteudelle ja HF: lle, ja sen reaktio on suoritettava kuivassa ilmakehässä (kuten käsinekotelossa). Se ei kestä korkeita lämpötiloja, ja hajoamisreaktio tapahtuu 80 ° C - 100 ° C: ssa fosforipentafluoridin ja litiumfluoridin muodostamiseksi. . Kustannus-, turvallisuus- ja muut näkökohdat huomioon ottaen litiumheksafluorifosfaatilla on etuja, jotka johtuvat erinomaisesta ionijohtavuudesta, erinomaisesta hapettumisstabiilisuudesta ja alhaisesta ympäristön saastumisesta. Se on tällä hetkellä edullinen litiumioniakkuelektrolyytti ja sitä käytetään myös kaupallisissa litiumioniakuissa. Pääelektrolyytti. Lisäksi LiBF4-, LiPF6-, LiBOB-, LiFSI-, LiPF2-, LiTDI- ja muut litium-suolan elektrolyyttisysteemit, joissa on korkea turvallisuus ja hyvä syklin suorituskyky, ovat herättäneet huomiota.
1.2.1 Litiumheksafluorifosfaatti
Tällä hetkellä LiPF6: n valmistusprosessia koskeva tutkimus jakautuu pääasiassa kahteen luokkaan: HF-liuotinmenetelmä ja ioninvaihtomenetelmä. HF? Liuotinmenetelmä on perinteisin menetelmä LiPF6: n valmistamiseksi liuottamalla LiF HF-liuottimeen ja lisäämällä sitten suoraan fosforia tai fluoria sisältävää ainetta ja haihduttamalla tai jäähdyttämällä kide reaktion jälkeen lopputuotteen saamiseksi. Menetelmä on teollisuuslaitteiden pääasiallinen menetelmä, ja valmistetulla LiPF6: lla on korkea puhtaus ja hyvä laatu, ja se soveltuu korkealuokkaisiin litiumparistojen tuotantotarpeisiin. Valmistusprosessilla on kuitenkin suuri kysyntä laitteille ja toiminnalle, ja LiPF6: ssa jäljellä oleva HF vaikuttaa suuresti akun suorituskykyyn.
Toinen merkittävä LiPF6: n tuotantomenetelmä on kastanjavaihtomenetelmä. Viittaa heksafluorifosfaatin ioninvaihtomenetelmään litiumia sisältävän yhdisteen kanssa orgaanisessa liuottimessa LiPF6: n saamiseksi. Ioninvaihtomenetelmän pääpiirre on se, että se on yksinkertainen ja helppo, mutta LiPF6-puhtausongelma rajoittaa sen laajaa soveltamista.
1.2.2 Uusi litiumsuola
Tällä hetkellä joukko litium-suolan elektrolyyttisysteemejä, joilla on korkea turvallisuus ja hyvä syklin suorituskyky, ovat herättäneet huomiota. Perinteiseen elektrolyyttisuolapitoisuuteen LiPF6 verrattuna, vaikka kokonaisvaltainen kyky ei pysty kilpailemaan LiPF6: n kanssa, niillä on ilmeisiä etuja eri näkökulmista, kuten LiBOB? jolla on hyvä sähkökemiallinen stabiilisuus ja lämpöstabiilisuus, voivat reagoida spesifisten liuottimien kanssa stabiilin SEI? kalvo, joka voidaan heikentää toistuvien energiajaksojen jälkeen. LiFSI on litiumparistojen elektrolyytti, jolla on erinomainen suorituskyky. Se on erinomainen johtavuus ja hyvä yhteensopivuus elektrodimateriaalien kanssa. LiBF4: llä on parempi kemiallinen ja lämpöstabiilisuus kuin LiPF6: lla, ja sen turvallisuustaso on huomattavampi. Suuri määrä kokeellisia tietoja kuitenkin osoittavat, että on aina olemassa joitakin väistämättömiä määrityksiä yhdellä litium- suolalla. Esimerkiksi LiFSI on helppo aiheuttaa alumiinin korroosiota. LiBF4: llä on suhteellisen pieni anionisäde, voimakas vuorovaikutus litiumionien kanssa ja heikko johtavuus. Se on huonompi kuin litiumioniakku, joka on tarkoitettu käytettäväksi yksinään elektrolyyttisuola-suolana. Siksi eri rakenteiden ja erilaisten rakenteiden litium- suolat on yhdistetty siten, että komposiittielektrolyytillä on erinomaisia ominaisuuksia, joita ei ole yksinkertaisilla elektrolyytteillä, mikä parantaa elektrolyytin suorituskykyä eri puolilla.
1.2.3 Eri litium suolojen edut ja haitat
LiBF4: alhaisen lämpötilan suorituskyky on parempi, mutta kallis ja vähemmän liukeneva;
LiPF6: Kattava suorituskyky on parempi ja haittana on helppo veden imeytyminen ja hydrolyysi;
LiBOB: korkean lämpötilan suorituskyky on parempi, erityisesti inhiboimalla liuottimen vaurioituminen negatiiviseen elektrodiin, mutta liukoisuus on liian alhainen;
LiFSI: ei ainoastaan ympäristöystävällinen, vaan sillä on myös hyvä lämpöstabiilisuus, herkkyys kosteudelle ja sähköjohtavuus;
LiPF2: Parantaa korkean lämpötilakierron suorituskykyä ja säilytystehoa, alhaisen lämpötilan suorituskykyä sekä ylilataussuojaa ja litiumparistojen tasapainoista suorituskykyä;
LiTFSI: hyvä sähkökemiallinen stabiilisuus, korkea ionijohtavuus, hyvä lämmönkestävyys ja vaikea hydrolysoida;
LiTDI: On erittäin korkea litiumionimuuntoluku, joka vähentää litiumisuolan määrää ja vähentää akun kustannuksia.
1.3.1 Lisäaineet
On olemassa monia erilaisia lisäaineita, ja erilaisilla litiumioniakkujen valmistajilla on erilaiset vaatimukset akun käyttöön ja suorituskykyyn, ja valittujen lisäaineiden painopiste on myös erilainen. Yleensä käytetyillä lisäaineilla on pääasiassa seuraavat vaikutukset:
(1) Kalvon muodostava lisäaine
Epäorgaaniset kalvon muodostavat lisäaineet: pienet molekyylit, kuten SO2, CO2 ja CO, voivat edistää passivointikalvon muodostumista, ja halogenidin, kuten LiI tai LiBr, lisääminen voi myös parantaa passivointikalvoa.
Orgaaniset kalvon muodostavat lisäaineet: fluoratut, klooratut ja bromatut orgaaniset yhdisteet, kuten anisoli tai sen halogenoidut johdannaiset, voivat parantaa akun syklin suorituskykyä ja vähentää akun peruuttamattomia kapasiteettihäviöitä. Niistä vinyleenikarbonaatti (VC) on erittäin hyvä kalvon muodostava lisäaine.
(2) vähennetään hivenvettä ja HF-happo-lisäaineita elektrolyytissä
Karbodi-imidiyhdiste voi estää LiPF6: n hydrolyysin hapoksi. Lisäksi HF: n poistamiseksi käytetään joitakin metallioksideja, kuten Al201, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 ja vastaavat.
(3) Estä ylikuormitus- ja ylilatauslisäaineiden käyttö
Yhdisteitä, kuten orgaanisia amiineja ja imiinejä, bifenyylejä ja karbatsoleja, käytetään lisäaineina ylikuormituksen ja ylilatauksen estämiseksi.
(4) Palonestoaineet
Orgaanisia fosforiyhdisteitä, kuten tetrapropoksisilaania (TPOS), tetrametoksisilaania (TMOS), orgaanisia fluoriyhdisteitä ja halogenoituja alkyylifosfaatteja, käytetään palonestoaineina korkeassa kiehumispisteessä korkeassa leimahduspisteessä, joka ei ole palava aine.
(5) Parannetaan alhaisen lämpötilan lisäaineita
N, N-dimetyylitrifluoriasetamidi, orgaaninen boridi, fluoripitoinen karbonaatti ja muu alhainen viskositeetti, korkea leimahduspiste on edullinen pariston alhaisen lämpötilan suorituskyvyn parantamiseksi.
(6) Monitoimiset lisäaineet
Kun 12-kruunu-4 oli lisätty PC-liuottimeen, elektrodiliitännässä oleva SEI-kalvo optimoitiin vähentämään elektrodin ensimmäistä peruuttamatonta kapasiteettihäviötä. Fluorattujen orgaanisten liuottimien ja halogenoitujen fosfaattien, kuten BTE: n ja TTFP: n lisääminen elektrolyyttiin ei ainoastaan edistä erinomaisen SEI-kalvon muodostumista, vaan sillä on myös tietty tai jopa merkittävä palonestoaine elektrolyytille.