◆Entwodiksyon nan elektwolit solid
Elektwolit la, yon eleman endispansab nanpil ityòm-ion, jwe yon wòl enpòtan nan sik chaj-dechaj batri a.
Li pa sèlman responsab transpò efikas nan iyon ityòm ak kondiksyon aktyèl la, men tou, posede pwopriyete izolasyon elektwonik pou anpeche efektivman koule elèktron dirèk ant elektwòd pozitif ak negatif. Senbolikman pale, elektwolit la se tankou "san" andedan yon batri ityòm-ion, asire koneksyon ki genyen ant materyèl elektwòd pozitif ak negatif, kidonk garanti pwogrè lis nan pwosesis la chaj tout antye-egzeyat.
Yon elektwolit ideyal pou yon batri ityòm-ion ta dwe satisfè senk kondisyon sa yo:
(1) High ionic conductivity (>10⁻3S/cm).
(2) Wide electrochemical window (>4.5 V vs Li+/Li).
(3) Bon konpatibilite ak elektwòd, kenbe rezistans entèfas ki pi ba posib.
(4) Ekselan estabilite tèmik ak chimik, sa ki pèmèt batri a opere san danje sou yon seri tanperati lajè.
(5) Pri ki ba, toksisite ki ba, ak zanmitay anviwònman an.
Ak tout tan -ogmante demand yo pou dansite enèji batri ak dansite pouvwa, teknoloji batri ap devlope rapidman, ak materyèl elektwòd te fè anpil pwogrè. Nan contrast, devlopman nan sistèm elektwolit te retade dèyè. Kounye a, devlopman elektwolit batri ityòm-ion yo ka divize an twa kalite: elektwolit sòlvan ki pa-akeuz, elektwolit akeuz, ak elektwolit eta solid-.
Ki pa-elektwolit sòlvan akeuz
Elektwolit ki pa -akeuz sòlvan nan pil ityòm-ion yo refere a sistèm elektwolit ki pa gen dlo, sitou ki konpoze de solvang, solut (anjeneral sèl ityòm), ak aditif. Solvang ki pa -akeuz sa yo se tipikman Solvang òganik, olye ke Solvang akeuz, pou evite elektwoliz dlo oswa reyaksyon negatif ak materyèl elektwòd. Sèl ityòm yo se transpòtè prensipal yo pou transpò ityòm-ion, solvang sèvi kòm disolisyon, dispèsyon, ak sipò pou sèl ityòm, ak aditif prensipalman fonksyone amelyore pèfòmans elektwochimik oswa sekirite nan ityòm-ion pil.
Elektwolit ki disponib nan komès (sa vle di, elektwolit likid) yo itilize nan pil ityòm-ion yo sitou konpoze de youn oswa plis sèl ityòm ki fonn nan de oswa plis solvang òganik; elektwolit ki konpoze de yon sèl sòlvan yo trè ra. Rezon ki fè yo sèvi ak plizyè sòlvan se paske reyèl -pil mond gen diferan, menm kontradiktwa, kondisyon ki difisil pou satisfè lè l sèvi avèk yon sèl sòlvan. Pou egzanp, elektwolit ka mande pou segondè likidite pandan y ap gen yon konstan segondè dyelèktrik; Se poutèt sa, solvang ak diferan pwopriyete fizikochimik yo souvan itilize nan konbinezon, montre diferan karakteristik ansanm. Anplis de sa, sèl ityòm yo jeneralman yo pa itilize ansanm paske seleksyon an nan sèl ityòm limite, ak avantaj yo pa fasil aparan.
Solvang òganik ideyal yo ta dwe posede pwopriyete kle sa yo: Premyèman, yo bezwen yon konstan dyelèktrik segondè pou asire bon disolisyon sèl ityòm; Dezyèmman, yo ta dwe gen yon pwen k ap fonn ki ba ak yon gwo pwen bouyi pou elaji ranje tanperati opere elektwolit la; twazyèm, viskozite ki ba ede ankouraje migrasyon efikas nan iyon ityòm nan mwayen an; epi finalman, solvang sa yo ta dwe pa chè epi yo ta dwe ba toksisite (depreferans pa-toksik). Konpoze kabonat yo, kòm youn nan solvang òganik ki pi bonè ak pi lajman itilize nan endistri batri ityòm-ion, okipe yon pozisyon enpòtan nan domèn elektwolit batri.
Kounye a, kalite sòlvan sa a sitou gen ladan de fòm estriktirèl: siklik ak chèn. Tablo ki anba a rezime paramèt fizik ki enpòtan plizyè solvang ki pa-akeuz, elektwolit ak solvang òganik yo itilize souvan.
| Kategori | Kalite | Estrikti | Pwen fizyon (degre) | Pwen bouyi (degre) | Presyon vapè endividyèl (25 degre) | Dansite relatif (25 degre)/(mPa·s) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ethylene Carbonate (EC) | Siklik | 36.4 | 248 | 89,780 | 1.904 (40 degre) | |
| Propylene Carbonate (PC) | Siklik | -48.4 | 242 | 64,920 | 2.53 | |
| Carbonates | Butylene Carbonate (BC) | Siklik | -54.0 | 240 | 53,000 | 3.20 |
| Dimethyl Carbonate (DMC) | Lineyè | 4.6 | 91 | 3,107 | 0.59 | |
| Diethyl Carbonate (DEC) | Lineyè | -74.3 | 126 | 2,805 | 0.75 | |
| Etil Methyl Carbonate (EMC) | Lineyè | -53.0 | 110 | 2,958 | 0.65 |
Kounye a, solvants alkyl carbonate yo lajman ki itilize nan elektwolit. Solvang sa yo posede bon rezistans oksidasyon ak montre estabilite ekselan nan kondisyon vòltaj segondè. Karbonat siklik, tankou kabonat etilèn ak kabonat pwopilèn, yo konnen pou konstan segondè dyelèktrik yo, sa vle di yo ka fonn sèl ityòm pi efikasman; sepandan, akòz gwo fòs entèmolekilè, Solvang sa yo gen gwo viskozite, ki ralanti mouvman iyon ityòm nan yo. Kontrèman, kabonat chèn, tankou kabonat dimethyl ak kabonat dyetil, pandan y ap gen pi ba viskozite, tou gen konstan dielectric relativman ba, sa ki lakòz efikasite disolisyon relativman pòv pou sèl ityòm. Se poutèt sa, yo prepare sistèm solisyon ak konduktiviti iyonik siperyè, diferan kalite Solvang yo souvan melanje, tankou PC + DEC oswa EC + DMC konbinezon. Sèl ityòm, kòm sous iyon ityòm nan elektwolit la, jwe yon gwo wòl nan transpò iyon ityòm-yo pandan pwosesis chaje ak dechaje pil ityòm-ion yo. Pèfòmans yo afekte dirèkteman anpil aspè nan pil ityòm-ion, tankou dansite enèji, dansite pouvwa, ranje vòltaj opere, lavi sik, ak sekirite. Kounye a, nan rechèch laboratwa ak pratik endistriyèl, yo tipikman chwazi sèl ityòm ak gwo reyon anionik ak estabilite redox segondè. Ki baze sou konpozisyon chimik yo, sèl ityòm yo ka lajman klase nan de kategori: sèl ityòm inòganik ak sèl ityòm òganik. Plizyè sèl ityòm inòganik yo te devlope, ki gen ladan LiPF6, LiClO4, LIBF, ak LIASF. Kontrèman, sèl ityòm òganik ki souvan itilize nan pil ityòm -ion yo fòme lè yo ajoute gwoup retrè elèktron -nan anyon sèl ityòm inòganik sa yo, tankou ityòm dioxalato-borat (LiBOB), ityòm difluorooxalato{{20}ODlifonifluoromid{{20}ODliFlorat] (LiFSI), ak ityòm ditrifluoromethylsulfonylimide (LTFSI).Tablo ki anba a montre pwopriyete fizikochimik ki enpòtan plizyè sèl ityòm ki itilize souvan nan pil ityòm-ion.
| Kategori | Sèl ityòm | Pwa molekilè (g/mol) | Soluble nan Carbonates? | Soluble nan dlo? | Kondiktivite elektrik (1 mol/L, EC/DMC, 20 degre) (mS/cm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Sèl ityòm inòganik | LiPF₆ | 151.91 | Wi | Wi | 10.00 |
| LiBF₄ | 93.74 | Wi | Wi | 4.50 | |
| LiClO₄ | 106.40 | Wi | Wi | 9.00 | |
| Sèl ityòm òganik | LiTFSI | 287.08 | Wi | Wi | 6.18 |
| LiFSI | 187.07 | Wi | Wi | 10.40 | |
| LiBOB | 193.79 | Wi | Wi | 0.65 |
Aditif yo se sibstans ki ajoute nan elektwolit la nan konsantrasyon ki ba (anjeneral pa plis pase 10% pa mas) ki gen fonksyon espesifik epi ki ka amelyore siyifikativman karakteristik elektwochimik batri a. Dapre fonksyon yo, aditif sa yo ka klase nan plizyè kategori: aditif ki fòme fim-, rezistan flanm dife, ak aditif pou anpeche twòp chaj. Anplis de sa, gen aditif yo itilize pou amelyore konduktiviti, optimize pèfòmans nan kondisyon tanperati ki ba -, oswa kontwole kantite tras ak konsantrasyon HF nan solisyon elektwolit la.