Esiteks, liitiumioonaku elektrolüüt
Elektrolüüt on üks neljast liitium-ioonakude peamistest materjalidest. Liitium-ioonakude vere on garantii liitium-ioonakude kõrgepinge ja suure energiaga energia jaoks. Elektrolüüt koosneb peamiselt kõrge puhtusastmega orgaanilisest lahustist, elektrolüüdi liitiumisoolast ja vajaliku lisaaine toorainest ning valmistatakse teatud tingimustel teatud suhte alusel.
1.1 orgaaniline lahusti
Orgaaniline lahusti segatakse üldiselt kõrge dielektrilise konstantse lahustiga madala viskoossusega lahustis. Tavaliselt kasutatavad elektrolüüdi liitiumisoolad on kaaliumperkloraat, kaaliumheksafluorofosfaat, kaaliumtetrafluoroboraat jne, arvestades kulusid, ohutust ja teisi sarnaseid, kaaliumheksafluorofosfaati. See on peamine elektrolüüt, mida kasutatakse kaubanduslikes liitium-ioonakudes.
Tavaliselt kasutatavad liitium-ioonakude elektrolüütides kasutatavad orgaanilised lahustid on etüleenkarbonaat (EC) dietüülkarbonaat (DEC), dimetüülkarbonaat (DMC), etüülmetüülkarbonaat (EMC), propüleenkarbonaat (PC), akrüülhape B. Ester (EA), metüül. akrülaat (MA) jms. Orgaanilist lahustit tuleb enne kasutamist rangelt kontrollida. Lahusti puhtus on tihedalt seotud stabiilse pingega. Orgaanilise lahusti niiskusel on määrav roll kvalifitseeritud elektrolüüdi koostamisel. Vee alandamine alla 10-6 võib vähendada liitiumheksafluorofosfaadi lagunemist, aeglustada SEI kile lagunemist ja vältida gaasi tõusu. Niiskusesisalduse saab saavutada molekulaarsõela adsorptsiooni, atmosfääri- või vaakumdestillatsiooniga ja inertse gaasi sisestamisega. Kõrge ioonjuhtivusega lahuse saamiseks, et liitiumioonid selles kiiresti liikuda, on lahusti üldiselt segatud materjal, nagu etüleenkarbonaat (EC) + dimetüülkarbonaat (DMC), etüleenkarbonaat (EC) + dietüülkarbonaat. Ester (DEC).
1.2 elektrolüüdi liitiumisool
Elektrolüüdi liitiumisool moodustab elektrolüüdi suurima hinna, mis moodustab umbes 40% elektrolüüdi maksumusest. LiPF6 on kõige sagedamini kasutatav elektrolüüdi liitiumsool, mis on stabiilne negatiivse elektroodi suhtes, omab suurt elektrijuhtivust, suurt tühjendusvõimsust, väikest sisemist takistust ning kiiret laadimis- ja tühjenemiskiirust. Kuid see on tundlik niiskuse ja HF suhtes ning selle reaktsioon peab toimuma kuivas atmosfääris (näiteks kindalaegas). See ei talu kõrgeid temperatuure ning lagunemisreaktsioon toimub 80 ° C kuni 100 ° C juures, moodustades fosforpentafluoriidi ja liitiumfluoriidi. . Arvestades kulusid, ohutust ja muid aspekte, on liitiumheksafluorofosfaadil eeliseks silmapaistev ioonjuhtivus, hea oksüdatsioonikindlus ja madal keskkonnareostus. Praegu on see eelistatud liitium-ioonaku elektrolüüt ja seda kasutatakse ka kaubanduslikes liitium-ioonakudes. Peamine elektrolüüt. Lisaks on tähelepanu pööranud LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI ja muud liitiumsoola elektrolüüdi süsteemid, millel on suur ohutus ja hea tsükli jõudlus.
1.2.1 Liitiumheksafluorofosfaat
Praegu on LiPF6 ettevalmistamise protsessi seotud uuringud jagatud peamiselt kahte kategooriasse: HF-i lahustite meetod ja ioonivahetusmeetod. HF? Lahustite meetod on LiPF6 valmistamise kõige tavalisem meetod, lahustades LiF HF-lahustis ja seejärel vahetult sisestades fosforit või fluori sisaldava aine ning aurustades või jahutades kristallid pärast reaktsiooni lõppsaaduse saamiseks. Meetod on tööstusseadmete peamine meetod ning valmistatud LiPF6 on kõrge puhtusastmega ja hea kvaliteediga ning sobib kõrgekvaliteedilise liitiumaku tootmiseks. Siiski on ettevalmistusprotsessil suur nõudlus seadmete ja töö järele ning LiPF6-sse jäänud HF-il on suur mõju aku jõudlusele.
Teine oluline tootmismeetod LiPF6 jaoks on kastanivahetusmeetod. Viitab heksafluorofosfaadi ioonivahetusmeetodile liitiumi sisaldava ühendiga orgaanilises lahustis, et saada LiPF6. Ioonivahetusmeetodi põhijooneks on see, et see on lihtne ja lihtne, kuid LiPF6 puhtuse probleem piirab selle laialdast kasutamist.
1.2.2 Uus liitiumisool
Praegu on tähelepanu pööranud mitmed kõrge ohutuse ja heade tsüklitega liitiumisoola elektrolüüdi süsteemid. Võrreldes traditsioonilise elektrolüüdi liitiumisoolaga LiPF6, kuigi terviklik võimekus ei suuda konkureerida LiPF6-ga, on neil ilmseid eeliseid erinevates aspektides, nagu LiBOB? on hea elektrokeemiline stabiilsus ja termiline stabiilsus, võivad reageerida spetsiifiliste lahustitega, moodustades stabiilse SEI? membraani, mida saab pärast korduvaid energiatsükleid nõrgendada. LiFSI on suurepärase jõudlusega liitiumaku elektrolüüt. See on suurepärane juhtivus ja hea ühilduvus elektroodide materjalidega. LiBF4 omab paremat keemilist ja termilist stabiilsust kui LiPF6 ja selle ohutus on märkimisväärsem. Kuid suur hulk eksperimentaalseid andmeid tõestab, et alati on mõningaid vältimatuid määramisi ühe liitiumisoola abil. Näiteks LiFSI on kerge alumiiniumkorrosiooni tekitamine. LiBF4 on suhteliselt väike aniooni raadius, tugev koostoime liitiumioonidega ja nõrk juhtivus. See on madalam kui liitium-ioon aku kasutamiseks ainult elektrolüütide liitiumisoolana. Seetõttu ühendatakse erinevate struktuuride ja erinevate struktuuride liitiumisoolad, nii et komposiit elektrolüütil on suurepärased omadused, mis ei ole lihtsate elektrolüütidega, parandades sellega elektrolüütide jõudlust erinevates aspektides.
1.2.3 Erinevate liitiumisoolade eelised ja puudused
LiBF4: madal temperatuur on parem, kuid kulukas ja vähem lahustuv;
LiPF6: terviklik jõudlus on parem ja puuduseks on lihtne vee imendumine ja hüdrolüüs;
LiBOB: kõrge temperatuuri jõudlus on parem, eriti inhibeerides lahusti negatiivset elektroodi, kuid lahustuvus on liiga madal;
LiFSI: mitte ainult keskkonnasõbralik, vaid ka hea termiline stabiilsus, tundlikkus niiskuse suhtes ja elektrijuhtivus;
LiPF2: parandab kõrget temperatuuri tsükli jõudlust ja ladustamist, madalat temperatuuri tootlikkust ja ülelaadimiskaitset ning liitiumpatareide tasakaalustatud võimsust;
LiTFSI: hea elektrokeemiline stabiilsus, kõrge ioonjuhtivus, hea termiline stabiilsus ja raskesti hüdrolüüsitav;
LiTDI: omab väga suurt liitiumiooni migratsiooni numbrit, vähendades liitiumisoola kogust ja vähendades aku maksumust.
1.3.1 Lisandid
On palju erinevaid lisaaineid ning erinevatel liitium-ioonaku tootjatel on erinevad nõuded aku kasutamisele ja jõudlusele ning valitud lisandite fookus on samuti erinev. Üldiselt on kasutatud lisanditel peamiselt järgmised mõjud:
(1) Kile moodustav lisand
Anorgaanilised kilet moodustavad lisandid: väikesed molekulid nagu SO2, CO2 ja CO võivad soodustada passiveeriva kile moodustumist ja halogeniidi, nagu LiI või LiBr, lisamine võib samuti parandada passiveerimiskile.
Orgaanilised kilet moodustavad lisandid: fluoritud, klooritud ja broomitud orgaanilised ühendid, nagu anisool või selle halogeenitud derivaadid, võivad parandada aku tsüklit ja vähendada aku pöördumatut võimsuskadu. Nende hulgas on vinüleenkarbonaat (VC) väga hea kilet moodustav lisand.
(2) vähese vee ja HF-happe lisandite vähendamine elektrolüüdis
Karbodiimiidühend võib vältida LiPF6 hüdrolüüsi happeks. Lisaks kasutatakse HF eemaldamiseks mõningaid metallioksiide nagu Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 jms.
(3) Vältida ülekoormuse ja ülelaadimise lisaaineid
Ülekoormuse ja ülelaadimise vältimiseks kasutatakse lisandina selliseid ühendeid nagu orgaanilised amiinid ja imiinid, bifenüülid ja karbasoolid.
(4) Tulekindlad lisandid
Leegiaeglustavate lisanditena kõrge keemistemperatuuriga kõrgetes leekpunktides mittesüttivates ühendites kasutatakse orgaanilisi fosforiühendeid nagu tetrapropoksüsilaan (TPOS), tetrametoksüsilaan (TMOS), orgaanilised fluoriidühendid ja halogeenitud alküülfosfaadid.
(5) Parandada madala temperatuuriga lisaaineid
N, N-dimetüültrifluoroatseetamiid, orgaaniline boriid, fluori sisaldav karbonaat ja muu madal viskoossus, kõrge leekpunkt on kasulikud aku madala temperatuuri saavutamise parandamiseks.
(6) Multifunktsionaalsed lisandid
Pärast PC-lahustile 12-kroon-4 lisamist optimeeriti elektroodi liidese SEI-kile, et vähendada esimest pöördumatut elektroodi kadu. Fluoritud orgaaniliste lahustite ja halogeenitud fosfaatide nagu BTE ja TTFP lisamine elektrolüütile ei aita kaasa ainult suurepärase SEI kile moodustumisele, vaid on ka teatud või isegi märkimisväärse leegiaeglustusega elektrolüüdi suhtes.