◆Wkludzynie do elektrolitōw stałych
Elektrolit, niyôdłōnczny skłodniklitowo-jōnowe baterje, ôdegrowa kluczowo rola w cyklach ładowanio-rozładowanio baterije.
Je niy ino ôdpowiedzialny za posiywny transport jōnōw litu i przewodzynie strumiynia, ale posiado tyż włosności elektrōnicznyj izolacyje, coby skutecznie zapobiygać bezpostrzednimu przepływowi elektrōnōw miyndzy elektrodami dodatniymi i ujymnymi. Ôbraznie rzecz bierōnc, elektrolit je jak "krwi" we postrzodku litowyj -jōnowyj baterije, co zapewnio połōnczynie miyndzy materyjami pozytywnych i ujymnych elektrod, gwarantujōnc tym samym płynny postymp cołkigo procesu rozładowanio.
Idealny elektrolit do litowyj -jōnowyj baterije winiyn społniać nastympujōnce piyńć wymogań:
(1) High ionic conductivity (>10⁻3S/cm).
(2) Wide electrochemical window (>4,5 V przeciwko Li+/Li).
(3) Dobro zgodliwość z elektrodami, przi utrzimaniu możliwie nojmyńszego ôdporności miyndzytwarzowyj.
(4) Perfekt stabilność termiczno i chymiczno, co przizwolo baterije na bezpieczno robota we szyrokim zakresie tymperatur.
(5) Niski koszt, nisko toksyczność i ekologiczny.
Społym ze coroz rosnōncymi zapotrzebowaniami na tyngość ynergije i tyngość mocy baterii, technologijo baterii rozwijo sie wartko, a materyje elektrod poczyniyły ôgrōmny postymp. W przeciwiyństwie do tego, rozrost systymōw elektrolitōw ôdstaje. Teroźnie rozrost elektrolitōw litowych -jōnōw bateriji może być szyroko sklasyfikowany na trzi zorty: niy-wodne elektrolity rozpuszczalnika, wodne elektrolity i elektrolity stałe -.
Niy-wodny elektrolit rozpuszczalnika
Niy-wodne elektrolity rozpuszczalnikōw w litowych -jōnowych bateriach ôdnoszōm sie do układōw elektrolitycznych, co niy zawiyrajōm wody, skłodajōncych sie głownie z rozpuszczalnikōw, rozpuszczōnych substancyji (zwykle sol litowych) i addytywōw. Te niywodne rozpuszczalniki sōm zaôbycz rozpuszczalnikami ôrganicznymi, a niy wodnymi, coby uniknōńć elektrolizy wody abo ryakcyjōw niypożōndanych z materyjami elektrod. Sole litowe sōm głownymi nośnikami transportu jōnōw litowych, rozpuszczalniki sużōm za rozpuszczanie, dyspersyjo i podpora dlo sol litowych, a addytywy fungujōm przede wszyskim do poprawy elektrochymicznych wydajności abo bezpiyczyństwa baterii litowych jōnōw.
Kōmercyjnie dostympne elektrolity (to znaczy ciekłe elektrolity) używane w litowych bateriach jōnōw skłodajōm sie głownie z jednyj abo wiyncyj sol litowych rozpuszczōnych w dwōch abo wiyncyj ôrganicznych rozpuszczalnikach; elektrolity skłodajōnce sie z jednego rozpuszczalnika sōm barzo rzodke. Powōd używanio mocy rozpuszczalnikōw je to, iże baterje rzeczywistego -świata majōm roztōmajte, nawet przeciwne, wymogania, co ciynżko społnić przi użyciu jednego rozpuszczalnika. Bez przikłod elektrolity mogōm wymogać wysokij płynności, przi majōncym tyż wysoko stało dielektryczno; bez to rozpuszczalniki ô roztōmajtych włosnościach fizykochymicznych sōm czynsto używane w kōmbinacyji, wykazujōnc roztōmajte cychy we tym samym czasie. Co wiyncyj, sole litowe niy sōm zaôbycz używane we tym samym czasie, pōniywoż dobōr sol litowych je ôgraniczōny, a jejich korziści niy sōm łacno widzialne.
Idealne rozpuszczalniki ôrganiczne winny posiadać nastympujōnce kluczowe włosności: Po piyrsze, potrzebujōm wysokij stałyj dielektrycznyj, coby zapewnić dobre rozpuszczanie sol litowych; po druge, winny mieć nisko tymperatura topniynio i wysoko tymperatura wrōncynio, coby poszyrzyć zasiyng tymperatur roboczych elektrolitu; po trzecie, nisko lepkość pōmogo prōmować ôsiōngalno migracyjo jōnōw litu we ôstrzodku; i na kōniec, te rozpuszczalniki winny być niytōnie i mieć nisko toksyczność (idealnie niy-toksyczne). Zwiōnzki wōnglowe, jako jedyn z nojwczasniyjszych i nojczyńścij używanych rozpuszczalnikōw ôrganicznych w industryji litowo-jōnōw baterii, zajmujōm kluczowe miyjsce we dōmynie elektrolitōw baterii.
Teroźnie ta zorta rozpuszczalnika ôbyjmuje głownie dwie formy strukturalne: cykliczno i lyńcuchowo. Pōniższo tabula podsumowuje ôdpednie parametry fizyczne poru wszeôbecnie używanych niy-wodnych rozpuszczalnikōw, elektrolitōw i rozpuszczalnikōw ôrganicznych.
| Kategoryjo | Zorta | Struktura | Pōnkt topniynio ( stopiyń ) | Temptura wrōncynio ( stopiyń ) | Indywidualne ciśniynie par (25 stopni ) | Tyngość wzglyndno (25 stopni )/(mPa·s) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Wōnglan etylenu (EC) | Cykliczne | 36.4 | 248 | 89,780 | 1,904 (40 stopni) | |
| Wōnglan propylenu (PC) | Cykliczne | -48.4 | 242 | 64,920 | 2.53 | |
| Wōnglany | Wōnglan butylenu (BC) | Cykliczne | -54.0 | 240 | 53,000 | 3.20 |
| Wōnglan dimetylu (DMC) | Lynijowy | 4.6 | 91 | 3,107 | 0.59 | |
| Wōnglan dietylu (DEC) | Lynijowy | -74.3 | 126 | 2,805 | 0.75 | |
| Wōnglan etylu metylu (EMC) | Lynijowy | -53.0 | 110 | 2,958 | 0.65 |
Teroźnie rozpuszczalniki wōnglanu alkilu sōm szyroko używane we elektrolitach. Te rozpuszczalniki majōm dobro ôdporność na utlyniynie i wykazujōm perfekt stabilność w warōnkach wysokigo napiyńcio. Wōnglany cykliczne, take jak wōnglan etylenu i wōngla propylenu, sōm znane ze swojich wysokich stałych dielektrycznych, co ôznaczo, iże mogōm skutecznij rozpuszczać sole litu; jednak skuli siylnych siył miyndzyczōnsteczkowych te rozpuszczalniki majōm wysoko lepkość, co spowolnio ruch jōnōw litu we nich. W przeciwiyństwie do tego, wōnglany lyńcuchowe, take jak wōnglan dimetylu i wōnglan dietylu, choć majōm myńszo lepkość, majōm tyż stosōnkowo niske stałe dielektryczne, co skutkuje stosōnkowo słabōm posiywnościōm rozpuszczanio sol litu. Bez to, coby przigotować systymy roztworōw ô lepszyj jōnowyj przewodności, czynsto miysza sie rozmajte zorty rozpuszczalnikōw, take jak kōmbinacyje PC+DEC abo EC+DMC. Sole litowe, jako zdrzōdło jōnōw litowych we elektrolicie, ôdgrywajōm głowno rola w transportie jōnōw litowych w czasie procesu ładowanio i rozładowanio litowych bateriji jōnōw. Jejich wydajność wpływo dyrekt na mocka aspektōw litowych baterii, w tym na tyngość ynergije, tyngość mocy, zasiyng napiyńcio roboczego, żywotność cyklu i bezpiyczyństwo. Teroźnie w laboratoryjnych podszukowaniach i praktyce industryjalnyj sōm zaôbycz ôbiyrane sole litowe ô srogich prōmiyniach anijōnowych i wysokij stabilności redoks. Podle jejich chymicznego składu, sole litowe mogōm być szyroko sklasyfikowane na dwie kategoryje: niyôrganiczne sole litowe i ôrganiczne sole litowe. Ôbrobiōno pora niyôrganicznych sol litu, w tym LiPF6, LiClO4, LIBF i LIASF. W przeciwiyństwie do tego, wszeôbecnie używane ôrganiczne sole litu w bateriach litowych sōm formułowane bez przidowanie grup ôdciōngajōncych elektrōnōw do aniōnōw tych niyorganicznych sol litu, takich jak dioksalato-boran litu (LiBOB), difluo{0o{xaroo} litu (LiBOB). difluorosulfōnilimid litu (LiFSI) i ditrifluorosulfōnilimid litu (LTFSI).Pōniższo tabula pokozuje ôdpednie włosności fizykochymiczne poru wszeôbecnie używanych sol litowych w bateriach litowych-jōnōw.
| Kategoryjo | Sol litowo | Masa czōnsteczkowo (g/mol) | Rozpuszczalny we wōnglanach? | Rozpuszczalny we wodzie? | Przewodność elektryczno (1 mol/l, EC/DMC, 20 stopni ) (mS/cm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Niyôrganiczne sole litowe | LiPF6 | 151.91 | Ja | Ja | 10.00 |
| LiBFL | 93.74 | Ja | Ja | 4.50 | |
| LiclO4 | 106.40 | Ja | Ja | 9.00 | |
| Ôrganiczne sole litowe | LiTFSI | 287.08 | Ja | Ja | 6.18 |
| LiFSI | 187.07 | Ja | Ja | 10.40 | |
| LiBOB | 193.79 | Ja | Ja | 0.65 |
Addytywy to substancyje przidowane do elektrolitu w niskich stynżyniach (zwykle niy wiyncyj jak 10% masy), co majōm ôkryślōne funkcyje i mogōm znaczōnco poprawić karakterystyka elektrochymiczno baterije. Podle swojich funkcyji, te addytywy mogōm być szyroko sklasyfikowane na pora kategoryji: addytywy tworzōnce film-, ôdwłōmniki ôgnia i addytywy, co zapobiygajōm przeładowaniu. Ôkrōm tego sōm addytywy używane do zwiynkszynio przewodności, ôptymalizacyje wydajności w warōnkach niskij-temperatury abo kōntrole wielości śladowych i stynżyń HF w roztworze elektrolitu.