İlk önce, lityum iyon akü elektroliti
Elektrolit, lityum-iyon aküler için dört ana malzemeden biridir. Lityum-iyon pillerin kanı, lityum-iyon pillerin yüksek voltajlı ve yüksek enerjili enerjisinin garantisidir. Elektrolit, esas olarak yüksek saflıkta bir organik çözücü, bir elektrolit lityum tuzu ve gerekli bir katkı maddesinin bir hammaddesinden oluşur ve belirli koşullar altında belirli bir orana göre hazırlanır.
1.1 organik çözücü
Organik çözücü genellikle düşük viskoziteli bir çözücü içinde yüksek bir dielektrik sabit çözücü ile karıştırılır. Yaygın olarak kullanılan elektrolit lityum tuzları, maliyet, güvenlik ve benzerleri bakımından potasyum perklorat, potasyum heksaflorofosfat, potasyum tetrafloroborat, vs.'dir. Potasyum heksaflorofosfat, ticari lityum iyon pillerde kullanılan ana elektrolittir.
Lityum iyon pil elektrolitlerinde yaygın olarak kullanılan organik çözücüler etilen karbonat (EC) dietil karbonat (DEC), dimetil karbonat (DMC), etil metil karbonat (EMC), propilen karbonat (PC), akrilik asit B'dir. Ester (EA), metil akrilat (MA) ve benzerleri. Organik çözücü kullanımdan önce kesinlikle kontrol edilmelidir. Çözücünün saflığı, kararlı voltajla yakından ilgilidir. Organik çözücünün nemi, nitelikli elektrolitin formüle edilmesinde belirleyici bir rol oynar. Suyu 10-6'nın altına düşürmek, lityum heksaflorofosfatın ayrışmasını azaltabilir, SEI filminin ayrışmasını yavaşlatabilir ve gaz yükselmesini önleyebilir. Nem içeriği, moleküler elek adsorpsiyonu, atmosferik veya vakumlu damıtma ve inert bir gazın eklenmesiyle elde edilebilir. Lityum iyonlarının içinde hızla hareket etmesi için iyonik iletkenliği yüksek bir çözelti elde etmek için, çözücü genellikle etilen karbonat (EC) + dimetil karbonat (DMC), etilen karbonat (EC) + dietil karbonat gibi karma bir malzemedir. Ester (DEC).
1.2 elektrolit lityum tuzu
Elektrolit lityum tuzu, elektrolit maliyetinin yaklaşık% 40'ını oluşturan elektrolitin en büyük maliyetini oluşturur. LiPF6, negatif elektrotta kararlı olan ve en çok kullanılan elektrolit lityum tuzudur; yüksek elektrik iletkenliği, yüksek boşaltma kapasitesi, küçük iç direnç ve hızlı şarj ve boşalma hızına sahiptir. Bununla birlikte, neme ve HF'ye duyarlıdır ve reaksiyonu kuru bir atmosferde (eldiven kutusu gibi) yapılmalıdır. Yüksek sıcaklıklara dayanıklı değildir ve ayrışma reaksiyonu, fosfor pentaflorür ve lityum florür oluşturmak üzere 80 ° C ila 100 ° C'de gerçekleştirilir. . Maliyet, güvenlik ve diğer yönleri göz önüne alındığında, lityum heksaflorofosfat, olağanüstü iyonik iletkenlik, üstün oksidasyon kararlılığı ve düşük çevre kirliliği avantajlarına sahiptir. Halen tercih edilen lityum iyon pil elektrolitidir ve ayrıca ticari lityum iyon pillerde de kullanılır. Ana elektrolit. Ek olarak, LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI ve yüksek emniyet ve iyi çevrim performansına sahip diğer lityum tuzu elektrolit sistemleri serisi dikkat çekmiştir.
1.2.1 Lityum heksaflorofosfat
Şu anda, LiPF6'nın hazırlanma süreci ile ilgili araştırmalar esas olarak iki kategoriye ayrılmıştır: HF çözücü yöntemi ve iyon değişim yöntemi. HF? Solvent yöntemi, LiF'nin bir HF çözücü içinde eritilmesi ve daha sonra doğrudan fosfor veya flüor içeren bir maddenin sokulması ve son bir ürün elde etmek için reaksiyondan sonra kristalin buharlaştırılması veya soğutulması yoluyla LiPF6'nın hazırlanmasına yönelik en geleneksel yöntemdir. Yöntem, endüstriyel ekipmanın ana yöntemidir ve hazırlanan LiPF6, yüksek saflıkta ve iyi kalitededir ve üst düzey lityum pil üretim talebi için uygundur. Bununla birlikte, hazırlık işleminin ekipman ve kullanım için yüksek bir talebi vardır ve LiPF6'da kalan HF'nin pilin performansı üzerinde büyük etkisi vardır.
LiPF6 için bir diğer önemli üretim yöntemi kestane değişim yöntemidir. LiPF6 elde etmek için bir heksaflorofosfatın lityum içeren bir bileşik ile organik bir çözücü içinde iyon değişim yöntemine atıfta bulunur. İyon değiştirme yönteminin temel özelliği basit ve kolay olmasıdır, ancak LiPF6 saflık problemi geniş uygulamasını sınırlar.
1.2.2 Yeni lityum tuzu
Günümüzde, yüksek güvenlik ve iyi çevrim performansına sahip bir dizi lityum tuz elektrolit sistemi dikkat çekmiştir. Geleneksel elektrolit lityum tuzu LiPF6 ile karşılaştırıldığında, kapsamlı yetenek LiPF6 ile rekabet edemese de, LiBOB? iyi elektrokimyasal kararlılığa ve termal kararlılığa sahiptir, kararlı bir SEI oluşturmak için spesifik çözücüler ile reaksiyona girebilir mi? Tekrarlanan enerji çevrimlerinden sonra zayıflatılabilen membran. LiFSI, mükemmel performansa sahip bir lityum pil elektrolittir. Elektrot malzemeleri ile mükemmel iletkenlik ve iyi uyumluluk vardır. LiBF4, LiPF6'dan daha iyi kimyasal ve termal stabiliteye sahiptir ve güvenlik performansı daha belirgindir. Bununla birlikte, çok sayıda deneysel veri, tek bir lityum tuzu kullanarak her zaman kaçınılmaz bazı tespitlerin olduğunu kanıtlamaktadır. Örneğin, LiFSI'nin alüminyum korozyona neden olması kolaydır. LiBF4 nispeten küçük bir anyon yarıçapına, lityum iyonlarıyla güçlü etkileşime ve zayıf iletkenliğe sahiptir. Tek başına bir elektrolit lityum tuzu olarak kullanım için bir lityum iyon pil olarak performans bakımından düşüktür. Bu nedenle, farklı yapıların ve farklı yapıların lityum tuzları bir araya getirilir, böylece bileşik elektrolit basit elektrolitlerin sahip olmadığı mükemmel özellikler gösterir, böylece çeşitli yönlerde elektrolit performansını arttırır.
1.2.3 Çeşitli lityum tuzlarının avantajları ve dezavantajları
LiBF4: düşük sıcaklık performansı daha iyi, fakat pahalı ve daha az çözünür;
LiPF6: Kapsamlı performans daha iyidir ve dezavantajı kolay su emilimi ve hidrolizdir;
LiBOB: Yüksek sıcaklık performansı daha iyidir, özellikle çözücünün negatif elektrota yerleştirilme hasarını önler, ancak çözünürlük çok düşüktür;
LiFSI: sadece çevre dostu değil, aynı zamanda iyi bir termal kararlılığa, neme karşı duyarlılığa ve elektriksel iletkenliğe sahiptir;
LiPF2: Yüksek sıcaklık döngüsü performansını ve depolama performansını, düşük sıcaklık çıkış performansını ve aşırı şarj korumasını ve lityum pillerin dengeli kapasite performansını iyileştirir;
LiTFSI: iyi elektrokimyasal stabilite, yüksek iyonik iletkenlik, iyi termal stabilite ve hidrolize edilmesi zor;
LiTDI: Lityum tuzu miktarını azaltan ve pil maliyetini düşüren çok yüksek bir lityum iyon geçiş sayısına sahiptir.
1.3.1 Katkı Maddeleri
Çok sayıda katkı maddesi vardır ve farklı lityum iyon akü üreticileri akünün kullanımı ve performansı konusunda farklı gereksinimlere sahiptir ve seçilen katkı maddelerinin odak noktası da farklıdır. Genel olarak, kullanılan katkı maddeleri temel olarak aşağıdaki etkilere sahiptir:
(1) Film oluşturucu katkı maddesi
İnorganik film oluşturucu katkı maddeleri: S02, CO2 ve CO gibi küçük moleküller bir pasivasyon filmi oluşumunu teşvik edebilir ve LiI veya LiBr gibi bir halojenür ilavesi de pasivasyon filmini iyileştirebilir.
Organik film oluşturucu katkı maddeleri: florlanmış, klorlanmış ve anisol veya onun halojenli türevleri gibi bromlu organik bileşikler, bataryanın çevrim performansını artırabilir ve bataryanın geri dönüşümsüz kapasite kaybını azaltabilir. Bunlar arasında, vinilen karbonat (VC) çok iyi bir film oluşturucu katkı maddesidir.
(2) elektrolit içindeki iz suyu ve HF asit katkılarının azaltılması
Karbodiimid bileşiği LiPF6'nın bir aside hidrolizini önleyebilir. Ek olarak, Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 ve benzeri gibi bazı metal oksitler HF'yi uzaklaştırmak için kullanılır.
(3) Aşırı şarj ve aşırı deşarj katkı maddelerini önleyin
Organik aminler ve iminler, bifeniller ve karbazoller gibi bileşikler aşırı yüklenmeyi ve aşırı deşarjı önlemek için katkı maddesi olarak kullanılır.
(4) Alev geciktirici katkı maddeleri
Tetrapropoksisilan (TPOS), tetrametoksisilan (TMOS), organofluorin bileşikleri ve halojenli alkil fosfatlar gibi organofosfor bileşikleri, yüksek kaynama noktasına sahip yüksek parlama noktalı yanıcı olmayan bileşiklerde alev geciktirici katkı maddeleri olarak kullanılır.
(5) Düşük sıcaklık performansı katkı maddelerini iyileştirin
N, N-dimetiltrifloroasetamid, organik borid, flor içeren karbonat ve diğer düşük viskoziteli, yüksek parlama noktası, bataryanın düşük sıcaklık performansının iyileştirilmesinde faydalıdır.
(6) Çok fonksiyonlu katkılar
PC çözücüsüne 12-taç-4 eklendikten sonra, elektrotun ilk geri dönüşümsüz kapasite kaybını azaltmak için elektrot arayüzündeki SEI filmi optimize edildi. Elektrolize florlanmış organik çözücüler ve BTE ve TTFP gibi halojenatlı fosfatların eklenmesi, sadece mükemmel bir SEI filmi oluşumuna katkıda bulunmakla kalmamakta, aynı zamanda elektrolit için belirli bir veya hatta önemli bir alev geciktiriciliğe de sahiptir.