Først litiumion batteri elektrolytt
Elektrolytt er et av de fire viktigste materialene for litium-ion-batterier. Blodet av litiumionbatterier er garantien for høyspenning og høy energi energi av litium-ion-batterier. Elektrolytten består hovedsakelig av et organisk løsningsmiddel med høy renhet, et elektrolyt-litiumsalt og et råmateriale av et nødvendig additiv, og fremstilles i henhold til et visst forhold under visse betingelser.
1,1 organisk løsningsmiddel
Det organiske løsningsmiddel blandes vanligvis med et høyt dielektrisk konstant oppløsningsmiddel i et løsningsmiddel med lav viskositet. Vanligvis brukte elektrolyt litiumsalter er kaliumperklorat, kaliumheksafluorfosfat, kaliumtetrafluorborat, etc., med tanke på kostnad, sikkerhet og lignende, kaliumheksafluorfosfat Det er hovedelektrolytten som brukes i kommersielle litiumionbatterier.
Vanlige anvendte organiske løsningsmidler i litiumionbatteri-elektrolytter er etylenkarbonat (EC) dietylkarbonat (DEC), dimetylkarbonat (DMC), etylmetylkarbonat (EMC), propylenkarbonat (PC), akrylsyre B. Ester (EA), metyl akrylat (MA) og lignende. Det organiske løsningsmidlet må kontrolleres strengt før bruk. Renheten av løsningsmidlet er nært knyttet til den stabile spenningen. Fuktigheten av det organiske løsningsmidlet spiller en avgjørende rolle i formuleringen av den kvalifiserte elektrolytten. Senking av vannet til under 10-6 kan redusere dekomponering av litiumheksafluorfosfat, senke nedbrytingen av SEI-filmen og forhindre gassøkning. Fuktinnholdet kan oppnås ved molekylsugadsorption, atmosfærisk eller vakuumdestillasjon og innføring av en inert gass. For å oppnå en løsning med høy ionisk ledningsevne slik at litiumioner raskt beveger seg der, er løsningsmidlet generelt et blandet materiale som etylenkarbonat (EC) + dimetylkarbonat (DMC), etylenkarbonat (EC) + dietylkarbonat. Ester (DEC).
1,2 elektrolyt litium salt
Elektrolyttlitiumsaltet står for den største kostnaden for elektrolytten, og står for om lag 40% av elektrolyttkostnaden. LiPF6 er det mest brukte elektrolyt litiumsaltet, som er stabilt for den negative elektroden, har høy elektrisk ledningsevne, stor utladningskapasitet, liten indre motstand, og rask ladning og utladningshastighet. Imidlertid er det følsomt for fuktighet og HF, og reaksjonen skal utføres i tørr atmosfære (for eksempel en hanskekasse). Det er ikke motstandsdyktig mot høye temperaturer, og dekomponeringsreaksjon skjer ved 80 ° C til 100 ° C for å danne fosforpentafluorid og litiumfluorid. . Med tanke på kostnad, sikkerhet og andre forhold har litiumheksafluorfosfat fordelene ved enestående ionisk ledningsevne, overlegen oksidasjonsstabilitet og lav miljøforurensning. Det er for tiden den foretrukne litiumionbatterielektrolytten og brukes også i kommersielle litiumionbatterier. Hovedelektrolytten. I tillegg har LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI og andre serier av litiumsaltelektrolytsystemer med høy sikkerhet og god syklusytelse tiltrukket oppmerksomhet.
1.2.1 Litiumheksafluorfosfat
Foreløpig er den relaterte forskningen om fremstillingsprosessen av LiPF6 hovedsakelig delt inn i to kategorier: HF løsningsmiddelmetode og ionebyttemetode. HF? Løsningsmiddelmetoden er den mest tradisjonelle metoden for å fremstille LiPF6 ved å oppløse LiF i et HF-løsningsmiddel og deretter direkte introdusere et stoff som inneholder fosfor eller fluor, og fordampe eller avkjøle krystallet etter reaksjonen for å oppnå et sluttprodukt. Metoden er den viktigste metoden for industrielt utstyr, og den tilberedte LiPF6 har høy renhet og god kvalitet, og er egnet for høyverdig litiumbatteri etterspørsel etter produksjon. Forberedelsesprosessen har imidlertid høy etterspørsel etter utstyr og drift, og HF gjenværende i LiPF6 har stor innflytelse på batteriets ytelse.
En annen stor produksjonsmetode for LiPF6 er kastanjeutvekslingsmetoden. Refererer til en metode for ionbytter av et heksafluorfosfat med en litiumholdig forbindelse i et organisk løsningsmiddel for å oppnå LiPF6. Hovedtrekkene ved ionbytningsmetoden er at det er enkelt og enkelt, men LiPF6-renhetsproblemet begrenser det store programmet.
1.2.2 Nytt litiumsalt
For tiden har en rekke litiumsaltelektrolytsystemer med høy sikkerhet og god syklusytelse tiltrukket oppmerksomhet. Sammenlignet med det tradisjonelle elektrolyt-litiumsaltet LiPF6, selv om den omfattende evnen ikke kan konkurrere med LiPF6, har de åpenbare fordeler i forskjellige aspekter, for eksempel LiBOB? har god elektrokjemisk stabilitet og termisk stabilitet, kan reagere med bestemte løsningsmidler for å danne et stabilt SEI? membran, som kan dempes etter gjentatte sykluser av energi. LiFSI er en litiumbatterielektrolytt med utmerket ytelse. Den har utmerket ledningsevne og god kompatibilitet med elektrodematerialer. LiBF4 har bedre kjemisk og termisk stabilitet enn LiPF6, og sikkerhetsytelsen er mer bemerkelsesverdig. Et stort antall eksperimentelle data viser imidlertid at det alltid er noen uunngåelige bestemmelser ved bruk av et enkelt litiumsalt. For eksempel er LiFSI lett å forårsake aluminiumskorrosjon. LiBF4 har en relativt liten anionradius, sterk interaksjon med litiumioner og svak konduktivitet. Det er dårligere i ytelse som et litiumionbatteri for bruk som et elektrolyt-litiumsalt alene. Derfor blir litiumsalter av forskjellige strukturer og forskjellige strukturer sammensatt slik at komposittelektrolytten utviser utmerkede egenskaper som ikke er besatt av enkle elektrolytter, og derved forbedrer elektrolyttydelsen i forskjellige aspekter.
1.2.3 Fordeler og ulemper ved forskjellige litiumsalter
LiBF4: lav temperatur ytelse er bedre, men dyrt og mindre løselig;
LiPF6: Den omfattende ytelsen er bedre, og ulempen er enkel vannabsorpsjon og hydrolyse;
LiBOB: høytemperatur ytelse er bedre, spesielt hindrer innsatsskader av løsningsmidlet til den negative elektroden, men løseligheten er for lav;
LiFSI: Ikke bare miljøvennlig, men har også god termisk stabilitet, følsomhet for fuktighet og elektrisk ledningsevne;
LiPF2: Forbedrer ytelsen til høy temperatur, og lagringsytelsen, lav temperaturutgang og overladningsbeskyttelse og balansert kapasitetsytelse av litiumbatterier.
LiTFSI: god elektrokjemisk stabilitet, høy ionisk ledningsevne, god termisk stabilitet og vanskelig å hydrolysere;
LiTDI: Har et meget høyt litiumionmigreringsnummer, reduserer mengden litiumsalt og reduserer batteriets kostnad.
1.3.1 Tilsetningsstoffer
Det finnes mange typer tilsetningsstoffer, og forskjellige litiumionbatteriprodusenter har forskjellige krav til bruk og ytelse av batteriet, og fokuset på de valgte tilsetningsstoffene er også forskjellig. Generelt har tilsetningsstoffene hovedsakelig følgende effekter:
(1) Filmdannende additiv
Uorganiske filmdannende tilsetningsstoffer: Små molekyler som SO2, CO2 og CO kan fremme dannelsen av en passivasjonsfilm, og tilsetning av et halogenid som LiI eller LiBr kan også forbedre passivasjonsfilmen.
Organiske filmdannende tilsetningsstoffer: Fluorerte, klorerte og bromerte organiske forbindelser som anisol eller dets halogenerte derivater kan forbedre batteriets syklusytelse og redusere batteriets irreversible kapasitetstap. Blant dem er vinylenkarbonat (VC) et meget godt filmdannende additiv.
(2) reduserer sporvann og HF syre tilsetningsstoffer i elektrolytten
Karbodiimidforbindelsen kan forhindre hydrolysen av LiPF6 til en syre. I tillegg benyttes noen metalloksyder som Al20, MgO, BaO, Li2CO1, CaC01 og lignende for å fjerne HF.
(3) Forhindre overladning og overladning tilsetningsstoffer
Forbindelser som organiske aminer og iminer, bifenyler og karbazoler brukes som additiver for å forhindre overladning og overladning.
(4) Flammehemmende tilsetningsstoffer
Organofosforforbindelser som tetrapropoksysilan (TPOS), tetrametoksysilan (TMOS), organofluorforbindelser og halogenerte alkylfosfater brukes som flammehemmende tilsetningsstoffer i høyt kogepunkt med høyt flammepunkt, ikke-brennbare forbindelser.
(5) Forbedre lavtemperatur ytelse tilsetningsstoffer
N, N-dimetyltrifluoroacetamid, organisk borid, fluorholdig karbonat og annen lav viskositet, høyt flammepunkt er gunstig for forbedring av lavtemperaturytelse av batteriet.
(6) Multifunksjonelle tilsetningsstoffer
Etter at 12-krone-4 ble tilsatt til PC-løsningsmidlet, ble SEI-filmen ved elektrodegrensesnittet optimalisert for å redusere det første irreversible kapasitetstapet av elektroden. Tilsetningen av fluorerte organiske løsningsmidler og halogenerte fosfater som BTE og TTFP til elektrolytten bidrar ikke bare til dannelsen av en utmerket SEI-film, men har også en viss eller til og med signifikant flammehemming til elektrolytten.