Litiumioniakun elektrolyyttiformulaation esittely

Litiumioniakkujen elektrolyytit ovat vedettömiä nestemäisiä elektrolyyttejä, jotka koostuvat orgaanisista liuottimista ja elektrolyyttilitium-suoloista. Tietenkin on kiinteitä elektrolyyttejä. Mistä ne on tehty? Katsotaanpa.

1. Nestemäinen litiumioniakun elektrolyytti

Elektrolyytin valinnalla on suuri vaikutus litium-ioniakkujen suorituskykyyn. Sen on oltava kemiallisesti stabiili, etenkään sitä ei ole helppo hajottaa suuremmilla potentiaaleilla ja korkeammissa lämpötiloissa, ja sen ionijohtavuus on suurempi (GG gt; 10-3s) / cm) ja sen on oltava inertti anodi- ja katodimateriaaleille eikä se voi syövyttää niitä.

Johtaviin suoloihin kuuluvat LiCIO4, LiPF6, LiBF6, LiA SF6 ja LiOSO2CF3, ja niiden sähkönjohtavuus on luokissa LiAsF6> LiPF6> LiCIO4> LiBF6> LiOSO2CF3. LiClO4 on alttiina turvallisuusongelmille, kuten räjähdykselle, sen korkean hapettuvuuden vuoksi, joka yleensä rajoittuu kokeellisiin tutkimuksiin; LiAsF6: lla on korkea ionijohtavuus, helppo puhdistus ja hyvä stabiilisuus, mutta se sisältää myrkyllistä As: ta ja sen käyttö on rajoitettua;

LiBF6: lla on huono kemiallinen ja lämpöstabiilisuus ja alhainen sähkönjohtavuus. LiO SO2CF3: lla on huono sähkönjohtavuus ja sillä on syövyttävä vaikutus elektrodiin, joten sitä käytetään harvoin; vaikka LiPF6 käy läpi hajoamisreaktion, sillä on korkea ionijohtavuus, joten nykyinen litiumioni Akku käyttää periaatteessa LiPF6: ta. Tällä hetkellä suurin osa kaupallisissa litiumioniakkuissa käytetyistä elektrolyytteistä käyttää LiPF6 EC2DMC: tä, jolla on korkeampi ionijohtavuus ja parempi sähkökemiallinen stabiilisuus.

2. Kiinteä elektrolyytti

Metallisen litiumin suoralla käytöllä anodimateriaalina on suuri palautuva kapasiteetti, sen teoreettinen kapasiteetti on peräti 3862mAh-g-1, joka on yli kymmenen kertaa grafiittimateriaalien, ja hinta on alhaisempi. Sitä pidetään houkuttelevimpana uuden sukupolven litiumioniakkuina. Anodimateriaali, mutta tuottaa dendriittistä litiumia. Kiinteän elektrolyytin käyttö ionin johtamisena voi estää dendriittisen litiumin kasvun, jolloin metallilitiumia voidaan käyttää anodimateriaalina. Kiinteän elektrolyytin käyttö voi lisäksi välttää nestemäisen elektrolyytin vuotamisen puutteet, ja akusta voidaan tehdä ohuempi (vain 0,1 mm paksu), suurempi energiatiheys ja pienempi tilavuus korkeaenerginen akku.

Kiinteällä polymeerielektrolyytillä on hyvä joustavuus, kalvonmuodostusominaisuudet, stabiilisuus ja alhaiset kustannukset. Sitä voidaan käyttää erottimena positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä ja elektrolyytinä ionien siirtämiseen.

Kiinteät polymeerielektrolyytit voidaan yleensä jakaa kuiviin kiinteisiin polymeerielektrolyytteihin (SPE) ja geelipolymeerielektrolyytteihin (GPE). Kiinteä SPE-polymeerielektrolyytti perustuu pääasiassa polyeteenioksidiin (PEO). Sen haittana on, että ionien johtavuus on alhainen, joka voi saavuttaa vain 10-40 cm 100 ° C: ssa.

Nestemäisen orgaanisen liuottimen, jolla on korkea dielektrisyysvakio ja pieni molekyylipaino, kuten PC, lisääminen kiinteään polymeerielektrolyyttiin voi parantaa huomattavasti johtavan suolan liukoisuutta. Muodostunut elektrolyytti on GPE-geelipolymeerielektrolyytti, jonka lämpötila on korkea huoneenlämpötilassa. Ionijohtavuus, mutta käyttöprosessissa se vuotaa ja muuttuu virheelliseksi. Geelipolymeerilitiumioniakut on kaupan.

3. Geeli-elektrolyytti

Geelipolymeerielektrolyytin pääkomponentit ovat periaatteessa samat kuin nestemäinen orgaaninen elektrolyytti, paitsi että nestemäinen orgaaninen elektrolyytti adsorboituu geelipolymeerimatriisiin. Siksi yllä mainittujen olosuhteiden lisäksi sillä tulisi olla myös elektrodin aktiivisen materiaalin välinen tarttuvuus Hyvä tarttuvuus, kaikki liuottimet on kiinnitetty polymeerimatriisiin, ei ole vapaata orgaanista liuotinta, vuotojen, hyvän taivutustehon ja korkean mekaanisen suorituskyvyn varmistamiseksi vahvuus.

Litiumioniakun elektrolyytin tulee täyttää:

Litium-ionilla on korkea johtavuus, joka on 3 × 10-3 ~ 2 × 10-2S / cm laajalla lämpötila-alueella;

B: llä on laaja sähkökemiallinen ikkuna, eli se on vakaa laajalla jännitealueella (litium-ioniakkujen, sen on oltava vakaa 4,5 V: lla) ilman hajoamisreaktiota, eli sillä on hyvä hapettumisstabiilisuus.

C on kemiallisesti stabiili, ts. Se ei periaatteessa reagoi akkujärjestelmän elektrodimateriaalien, kuten positiivisen elektrodin, negatiivisen elektrodin, virran kerääjän, erotimen ja liiman, kanssa;

D on taattu olevan nestemäinen laajalla lämpötila-alueella, yleensä toivon, että lämpötila-alue on -40 ~ ~ 700 ° C

E: llä on hyvät solvaatio-ominaisuudet ioneille;

F on myrkytön, matala höyrynpaine, turvallinen käyttää;

G voi edistää elektrodin palautuvaa reaktiota mahdollisimman paljon, ja sillä on hyvä yhteensopivuus elektrodin kanssa;

H on helppo valmistaa ja edullinen.