Först litiumjonbatterielektrolyt
Elektrolyt är ett av de fyra nyckelmaterialen för litiumjonbatterier. Lithium-ion-batteriernas blod är garantin för högspännings- och högenergienergin hos litiumjonbatterier. Elektrolyten består huvudsakligen av ett organiskt lösningsmedel med hög renhet, ett elektrolytlitiumsalt och ett råmaterial av en nödvändig additiv och framställs enligt ett visst förhållande under vissa betingelser.
1,1 organiskt lösningsmedel
Det organiska lösningsmedlet blandas i allmänhet med ett högt dielektriskt konstant lösningsmedel i ett lösningsmedel med låg viskositet. Vanligt använda elektrolytlitiumsalter är kaliumperklorat, kaliumhexafluorfosfat, kaliumtetrafluorborat etc. med tanke på kostnad, säkerhet och liknande, kaliumhexafluorfosfat Det är den huvudsakliga elektrolyten som används i kommersiella litiumjonbatterier.
Vanligen använda organiska lösningsmedel i litiumjonbatterielektrolyter är etylenkarbonat (EC) -dietylkarbonat (DEC), dimetylkarbonat (DMC), etylmetylkarbonat (EMC), propylenkarbonat (PC), akrylsyra B. Ester (EA), metyl akrylat (MA) och liknande. Det organiska lösningsmedlet måste kontrolleras strikt före användning. Renheten hos lösningsmedlet är nära besläktad med den stabila spänningen. Fuktigheten hos det organiska lösningsmedlet spelar en avgörande roll vid formulering av den kvalificerade elektrolyten. Att sänka vattnet till under 10-6 kan minska sönderdelningen av litiumhexafluorfosfat, sakta ner sönderdelningen av SEI-filmen och förhindra gasökningar. Fuktinnehållet kan åstadkommas genom molekylsikt adsorption, atmosfärisk eller vakuumdestillation och införande av en inert gas. För att erhålla en lösning med hög jonledningsförmåga så att litiumjoner snabbt rör sig däri är lösningsmedlet i allmänhet ett blandat material såsom etylenkarbonat (EC) + dimetylkarbonat (DMC), etenkarbonat (EC) + dietylkarbonat. Ester (DEC).
1,2 elektrolytlitiumsalt
Elektrolytlitiumsaltet står för den största kostnaden för elektrolyten och står för cirka 40% av elektrolytkostnaden. LiPF6 är det vanligaste elektrolytlitiumsaltet, som är stabilt för den negativa elektroden, har hög elektrisk ledningsförmåga, stor utmatningskapacitet, liten inre motstånd och snabb laddning och urladdningshastighet. Det är emellertid känsligt för fukt och HF, och reaktionen bör utföras i torr atmosfär (t.ex. en handskfack). Det är inte motståndskraftigt mot höga temperaturer, och sönderdelningsreaktionen sker vid 80 ° C till 100 ° C för att bilda fosforpentafluorid och litiumfluorid. . Med tanke på kostnad, säkerhet och andra aspekter har litiumhexafluorfosfat fördelarna med enastående jonledningsförmåga, överlägsen oxidationsstabilitet och låg miljöförorening. Det är för närvarande det föredragna litiumjonbatteriets elektrolyt och används även i kommersiella litiumjonbatterier. Huvudelektrolyten. Dessutom har LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI och andra serier av litiumsaltelektrolytsystem med hög säkerhet och god cykelprestanda uppmärksammats.
1.2.1 Litiumhexafluorfosfat
För närvarande är den relaterade forskningen om LiPF6-förberedelseprocessen indelad i två kategorier: HF-lösningsmedelsmetod och jonbytesmetod. HF? Lösningsmetod är den mest traditionella metoden för framställning av LiPF6 genom att lösa LiF i ett HF-lösningsmedel och sedan direkt introducera en substans innehållande fosfor eller fluor och indunstar eller kyler kristallen efter reaktionen för att erhålla en slutprodukt. Metoden är den huvudsakliga metoden för industriell utrustning, och den färdiga LiPF6 har hög renhet och god kvalitet, och är lämplig för avancerad litiumbatteriproduktion. Förberedelseprocessen har emellertid stor efterfrågan på utrustning och drift, och HF som återstår i LiPF6 har stor inverkan på batteriets prestanda.
En annan stor produktionsmetod för LiPF6 är kastanjutbytesmetoden. Avser en metod för jonbyte av ett hexafluorfosfat med en litiuminnehållande förening i ett organiskt lösningsmedel för erhållande av LiPF6. Huvuddragen i jonbytesmetoden är att det är enkelt och enkelt, men LiPF6-renhetsproblemet begränsar sin breda tillämpning.
1.2.2 Nytt litiumsalt
För närvarande har en rad litiumsaltelektrolytsystem med hög säkerhet och god cykelprestanda dragit uppmärksamhet. Jämfört med det traditionella elektrolytlitiumsaltet LiPF6, även om den omfattande förmågan inte kan konkurrera med LiPF6, har de uppenbara fördelar i olika aspekter, såsom LiBOB? har god elektrokemisk stabilitet och termisk stabilitet, kan reagera med specifika lösningsmedel för att bilda en stabil SEI? membran, som kan dämpas efter upprepade cykler av energi. LiFSI är en litiumbatterielektrolyt med utmärkt prestanda. Den har utmärkt ledningsförmåga och god kompatibilitet med elektrodmaterial. LiBF4 har bättre kemisk och termisk stabilitet än LiPF6, och dess säkerhetsprestanda är mer anmärkningsvärd. Ett stort antal experimentella data visar dock att det alltid finns några oundvikliga bestämningar med ett enda litiumsalt. Till exempel är LiFSI lätt att orsaka aluminiumkorrosion. LiBF4 har en relativt liten anjonradius, stark interaktion med litiumjoner och svag ledningsförmåga. Det är sämre i prestanda som ett litiumjonbatteri för användning som enbart elektrolyt-litiumsalt. Därför komprimeras litiumsalter med olika strukturer och olika strukturer, så att kompositelektrolyten uppvisar utmärkta egenskaper som inte besitter av enkla elektrolyter, varigenom elektrolytprestanda förbättras i olika aspekter.
1.2.3 Fördelar och nackdelar med olika litiumsalter
LiBF4: låg temperatur prestanda är bättre, men dyr och mindre löslig;
LiPF6: Den övergripande prestanda är bättre, och nackdelen är lätt vattenabsorption och hydrolys.
LiBOB: hög temperatur prestanda är bättre, speciellt inhiberar insättningsskadorna av lösningsmedlet till den negativa elektroden, men lösligheten är för låg;
LiFSI: inte bara miljövänligt, men har också god termisk stabilitet, känslighet för fukt och elektrisk ledningsförmåga;
LiPF2: Förbättrar högprestanda cykel prestanda och lagrings prestanda, låg temperatur uteffekt och överladdning skydd och balanserad kapacitet prestanda litium batterier;
LiTFSI: god elektrokemisk stabilitet, hög jonledningsförmåga, god termisk stabilitet och svår att hydrolysera;
LiTDI: Har ett mycket högt litiumjonmigrationsnummer, vilket minskar mängden litiumsalt och minskar batterikostnaden.
1.3.1 tillsatser
Det finns många typer av tillsatser, och olika litiumjonbatteriproducenter har olika krav på batteriets användning och prestanda, och fokusen på de valda tillsatserna är också annorlunda. I allmänhet har de använda tillsatserna huvudsakligen följande effekter:
(1) Filmframställningstillsats
Oorganiska filmbildande tillsatser: Små molekyler såsom SO2, CO2 och CO kan främja bildandet av en passivationsfilm, och tillsatsen av en halogenid, såsom LiI eller LiBr, kan också förbättra passivationsfilmen.
Organiska filmbildande tillsatser: Fluorerade, klorerade och bromerade organiska föreningar som anisol eller dess halogenerade derivat kan förbättra batteriets prestanda och minska batterins irreversibla kapacitetsförlust. Bland dem är vinylenkarbonat (VC) en mycket bra filmbildande tillsats.
(2) reducerar spårvatten och HF-syraadditiv i elektrolyten
Karbodiimidföreningen kan förhindra hydrolys av LiPF6 till en syra. Dessutom används vissa metalloxider såsom Al20, MgO, BaO, Li2CO1, CaCOl och liknande för att avlägsna HF.
(3) Förhindra överladdning och överladdningstillsatser
Föreningar såsom organiska aminer och iminer, bifenyler och karbazoler används som tillsatser för att förhindra överladdning och överladdning.
(4) Flamskyddsmedel
Organofosforföreningar, såsom tetrapropoxisilan (TPOS), tetrametoxisilan (TMOS), organofluorföreningar och halogenerade alkylfosfater används som flamskyddsmedelstillsatser i högkokpunktspunkter med icke-brandfarliga föreningar med hög flampunkt.
(5) Förbättra tillsatser med lågtemperaturförbrukning
N, N-dimetyltrifluoracetamid, organiskt borid, fluorinnehållande karbonat och annan låg viskositet, hög blixtpunkt är fördelaktigt för förbättring av batteritemperaturens låga temperatur.
(6) Multifunktionella tillsatser
Efter att 12-kron-4 sattes till PC-lösningsmedlet optimerades SEI-filmen vid elektrodgränssnittet för att minska den första irreversibla kapacitetsförlusten av elektroden. Tillsatsen av fluorerade organiska lösningsmedel och halogenerade fosfater såsom BTE och TTFP till elektrolyten bidrar inte bara till bildandet av en utmärkt SEI-film, men har också en viss eller till och med signifikant flamskyddsmedel mot elektrolyten.