Innanzitutto, l'elettrolita della batteria agli ioni di litio
L'elettrolita è uno dei quattro materiali chiave per le batterie agli ioni di litio. Il sangue delle batterie agli ioni di litio è la garanzia per l'energia ad alta tensione e ad alta energia delle batterie agli ioni di litio. L'elettrolito è composto principalmente da un solvente organico di elevata purezza, un sale di litio elettrolitico e una materia prima di un additivo necessario, ed è preparato secondo un certo rapporto in determinate condizioni.
1.1 solvente organico
Il solvente organico è generalmente miscelato con un alto solvente costante dielettrico in un solvente a bassa viscosità. Sali di litio elettrolitico comunemente usati sono perclorato di potassio, esafluorofosfato di potassio, tetrafluoroborato di potassio, ecc., In considerazione del costo, della sicurezza e simili, esafluorofosfato di potassio. È l'elettrolito principale utilizzato nelle batterie commerciali agli ioni di litio.
Solventi organici comunemente usati negli elettroliti a batteria agli ioni di litio sono etilencarbonato (EC) dietil carbonato (DEC), dimetil carbonato (DMC), etil metil carbonato (EMC), propilene carbonato (PC), acido acrilico B. Ester (EA), metile acrilato (MA) e simili. Il solvente organico deve essere rigorosamente controllato prima dell'uso. La purezza del solvente è strettamente correlata alla tensione stabile. L'umidità del solvente organico gioca un ruolo decisivo nella formulazione dell'elettrolito qualificato. L'abbassamento dell'acqua al di sotto del 10-6 può ridurre la decomposizione dell'esafluorofosfato di litio, rallentare la decomposizione del film SEI e prevenire l'aumento del gas. Il contenuto di umidità può essere ottenuto mediante adsorbimento a setacci molecolari, distillazione atmosferica o sotto vuoto e introduzione di un gas inerte. Per ottenere una soluzione ad alta conducibilità ionica in modo che gli ioni di litio si muovano rapidamente in esso, il solvente è generalmente un materiale misto come etilene carbonato (CE) + dimetil carbonato (DMC), etilene carbonato (EC) + dietil carbonato. Ester (DEC).
1,2 sale di litio elettrolitico
Il sale di litio elettrolitico rappresenta il costo maggiore dell'elettrolito, che rappresenta circa il 40% del costo dell'elettrolita. LiPF6 è il sale di litio elettrolitico più comunemente utilizzato, che è stabile all'elettrodo negativo, presenta un'elevata conduttività elettrica, una grande capacità di scarica, una piccola resistenza interna e una velocità di carica e scarica rapida. Tuttavia, è sensibile all'umidità e all'HF e la sua reazione dovrebbe essere effettuata in un'atmosfera secca (come un glove box). Non è resistente alle alte temperature e la reazione di decomposizione avviene tra 80 ° C e 100 ° C per formare pentafluoruro di fosforo e fluoruro di litio. . Considerando costi, sicurezza e altri aspetti, l'esafluorofosfato di litio ha i vantaggi di una conduttività ionica eccezionale, una stabilità all'ossidazione superiore e un basso inquinamento ambientale. Attualmente è l'elettrolito della batteria agli ioni di litio preferito ed è anche utilizzato nelle batterie commerciali agli ioni di litio. L'elettrolito principale. Inoltre, LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI e altre serie di sistemi di elettroliti al sale di litio con elevata sicurezza e buone prestazioni del ciclo hanno attirato l'attenzione.
1.2.1 Esafluorofosfato di litio
Allo stato attuale, la ricerca correlata sul processo di preparazione di LiPF6 è suddivisa principalmente in due categorie: metodo solvente HF e metodo di scambio ionico. L'HF? Il metodo solvente è il metodo più tradizionale per la preparazione di LiPF6 sciogliendo LiF in un solvente HF e quindi introducendo direttamente una sostanza contenente fosforo o fluoro ed evaporando o raffreddando il cristallo dopo la reazione per ottenere un prodotto finale. Il metodo è il principale metodo di attrezzature industriali, e il LiPF6 preparato ha elevata purezza e buona qualità ed è adatto per la domanda di produzione di batterie al litio di fascia alta. Tuttavia, il processo di preparazione ha una forte domanda di attrezzature e funzionamento, e l'HF rimanente in LiPF6 ha una grande influenza sulle prestazioni della batteria.
Un altro importante metodo di produzione per LiPF6 è il metodo di scambio di castagne. Si riferisce a un metodo di scambio ionico di un esafluorofosfato con un composto contenente litio in un solvente organico per ottenere LiPF6. La caratteristica principale del metodo di scambio ionico è che è semplice e facile, ma il problema di purezza LiPF6 limita la sua ampia applicazione.
1.2.2 Nuovo sale al litio
Allo stato attuale, una serie di sistemi di elettroliti al sale di litio con elevata sicurezza e buone prestazioni del ciclo hanno attirato l'attenzione. Rispetto al tradizionale sale litio elettrolitico LiPF6, anche se l'abilità complessiva non può competere con LiPF6, hanno evidenti vantaggi in diversi aspetti, come ad esempio, LiBOB? ha una buona stabilità elettrochimica e stabilità termica, può reagire con solventi specifici per formare un SEI stabile? membrana, che può essere attenuata dopo ripetuti cicli di energia. LiFSI è un elettrolito a batteria al litio con prestazioni eccellenti. Ha conducibilità eccellente e buona compatibilità con i materiali degli elettrodi. LiBF4 ha una migliore stabilità chimica e termica rispetto a LiPF6 e le sue prestazioni di sicurezza sono più notevoli. Tuttavia, un gran numero di dati sperimentali dimostrano che ci sono sempre alcune determinazioni inevitabili usando un singolo litio. Ad esempio, LiFSI è facile da provocare la corrosione dell'alluminio. LiBF4 ha un raggio di anioni relativamente piccolo, una forte interazione con gli ioni di litio e una debole conduttività. È inferiore nelle prestazioni come una batteria agli ioni di litio da utilizzare come un sale di litio elettrolitico da solo. Pertanto, i sali di litio di diverse strutture e diverse strutture sono composti, in modo che l'elettrolita composito presenti proprietà eccellenti non possedute da elettroliti semplici, migliorando così le prestazioni dell'elettrolito in vari aspetti.
1.2.3 Vantaggi e svantaggi dei vari sali di litio
LiBF4: le prestazioni a bassa temperatura sono migliori, ma costose e meno solubili;
LiPF6: le prestazioni globali sono migliori e lo svantaggio è un facile assorbimento e idrolisi dell'acqua;
LiBOB: le prestazioni alle alte temperature sono migliori, soprattutto inibendo il danno di inserzione del solvente all'elettrodo negativo, ma la solubilità è troppo bassa;
LiFSI: non solo rispettoso dell'ambiente, ma ha anche una buona stabilità termica, sensibilità all'umidità e conduttività elettrica;
LiPF2: migliora le prestazioni del ciclo ad alte temperature e le prestazioni di archiviazione, le prestazioni di uscita a bassa temperatura e la protezione da sovraccarico e le prestazioni di capacità bilanciata delle batterie al litio;
LiTFSI: buona stabilità elettrochimica, alta conduttività ionica, buona stabilità termica e difficoltà di idrolisi;
LiTDI: ha un numero di migrazione degli ioni di litio molto alto, riducendo la quantità di sale di litio e riducendo il costo della batteria.
1.3.1 Additivi
Esistono molti tipi di additivi e diversi produttori di batterie agli ioni di litio hanno requisiti diversi sull'uso e sulle prestazioni della batteria e anche l'attenzione degli additivi selezionati è diversa. In generale, gli additivi utilizzati hanno principalmente i seguenti effetti:
(1) Additivo formatore di film
Additivi formanti film inorganici: piccole molecole come SO2, CO2 e CO possono promuovere la formazione di un film di passivazione e l'aggiunta di un alogenuro come LiI o LiBr può anche migliorare il film di passivazione.
Additivi formanti film organici: i composti organici fluorurati, clorurati e bromurati come l'anisolo oi suoi derivati alogenati possono migliorare le prestazioni del ciclo della batteria e ridurre la perdita irreversibile della capacità della batteria. Tra questi, il carbonato di vinile (VC) è un ottimo additivo formante film.
(2) ridurre l'acqua di traccia e gli additivi acidi HF nell'elettrolito
Il composto di carbodiimmide può impedire l'idrolisi di LiPF6 in un acido. Inoltre, alcuni ossidi metallici come Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 e simili vengono utilizzati per rimuovere l'HF.
(3) Prevenire additivi di sovraccarico e overdischarge
Composti come ammine organiche e immine, bifenili e carbazoli vengono utilizzati come additivi per prevenire sovraccarichi e overdischarge.
(4) Additivi ritardanti di fiamma
Composti organofosforici come tetrapropoxisilano (TPOS), tetrametossisilano (TMOS), composti organofluorici e alchilfosfati alogenati sono utilizzati come additivi ritardanti di fiamma in composti non infiammabili ad alto punto di ebollizione ad alto punto di ebollizione.
(5) Migliorare gli additivi per le basse temperature
N, N-dimetiltrifluoroacetammide, boruro organico, carbonato contenente fluoro e altra bassa viscosità, alto punto di infiammabilità sono utili per il miglioramento delle prestazioni a bassa temperatura della batteria.
(6) Additivi multifunzionali
Dopo che 12-crown-4 è stato aggiunto al solvente del PC, il film SEI all'interfaccia dell'elettrodo è stato ottimizzato per ridurre la prima perdita di capacità irreversibile dell'elettrodo. L'aggiunta di solventi organici fluorurati e di fosfati alogenati come BTE e TTFP all'elettrolita non solo contribuisce alla formazione di un film SEI eccellente, ma ha anche una certa o addirittura significativa ritardanza di fiamma per l'elettrolito.