Lityum batareyadagi elektrolit nima?
elektrolit
Litiy ionli akkumulyatordagi elektrolitlar akkumulyatordagi ionlarning tashuvchisi-dir. U odatda 7-rasmda ko'rsatilganidek, litiy tuzlari, organik erituvchilar va qo'shimchalardan iborat.-4. Elektrolit litiy ion batareyasining musbat va manfiy elektrodlari o'rtasida ionlarni o'tkazishda hal qiluvchi rol o'ynaydi va uning yuqori kuchlanish va yuqori o'ziga xos energiya kabi afzalliklarini ta'minlaydi. Elektrolitlar odatda ma'lum sharoitlarda va yuqori{8}}tozalikdagi organik erituvchilar, litiy tuzlari va zarur qo'shimchalardan ma'lum nisbatlarda tayyorlanadi. Elektrod materiallari batareyaning energiya zichligini aniqlasa, elektrolitlar uning aylanish muddatini, yuqori va past harorat ko'rsatkichlarini va xavfsizligini tubdan belgilaydi. Elektrolitning asosiy tarkibi nisbatan o'zgarishsiz qoladi; innovatsiyalar, asosan, yangi lityum tuzlari va qo'shimchalarini ishlab chiqish, shuningdek, lityum-ion batareyalar bilan bog'liq bo'lgan fazalararo kimyoviy jarayonlar va mexanizmlarni chuqurroq tushunishdir.
7-5-rasmda ko'rsatilganidek, litiy tuzlarining ko'p turlari mavjud, ammo ular savdoda mavjud bo'lgan litiy-ionli batareyalarda juda kam qo'llaniladi. Ideal litiy tuzi quyidagi xususiyatlarga ega bo'lishi kerak:
1) past assotsiatsiya darajasi, organik erituvchilarda oson eriydi, elektrolitning yuqori ion o'tkazuvchanligini ta'minlaydi.
2) Antioksidant va reduksiyaga chidamli anionlar; pasaytirish mahsulotlari barqaror, past-qarshilikli SEI plyonkasi shakllanishiga yordam beradi.
3) Elektrod materiallari, elektrolitlar yoki ajratgichlar bilan zararli yon reaksiyalarga olib kelmasdan yaxshi kimyoviy barqarorlik.
4) Oddiy tayyorlash jarayoni, arzonligi, -toksik va ifloslanishsiz{2}}.
LiPF6 eng ko'p ishlatiladigan lityum tuzidir. Uning individual xususiyatlari eng ajoyib bo'lmasa-da, u karbonat aralash erituvchi elektrolitlarida nisbatan optimal umumiy ko'rsatkichlarni namoyish etadi. LiPF6 quyidagi asosiy afzalliklarga ega:
1) Suvli bo'lmagan erituvchilarda mos eruvchanlik va yuqori ion o'tkazuvchanlik-.
2) Alyuminiy folga oqim kollektorlari yuzasida barqaror passivatsiya plyonkasini hosil qilishi mumkin.
3) Karbonat erituvchilar bilan grafit elektrod yuzasida sinergik ravishda barqaror SEI plyonka hosil qiladi.
Biroq, LiPF6 zaif termal barqarorlikka ega va parchalanish reaktsiyalariga moyil. Qo'shimcha mahsulotlar elektrod yuzasida SEI plyonkasiga zarar etkazishi, musbat elektrod faol komponentlarini eritishi va velosipedda aylanish jarayonida quvvatning pasayishiga olib kelishi mumkin.
LiBF ham tez-tez ishlatiladigan lityum tuzi qo'shimchasidir. LiPF6 bilan solishtirganda, LiBF kengroq ish harorati diapazoni, yaxshiroq yuqori{2}}harorat barqarorligi va past{3}}haroratning yuqori ishlashiga ega. LiBF yuqori o'tkazuvchanlikka, keng elektrokimyoviy oynaga va yaxshi termal barqarorlikka ega. Uning eng katta afzalligi uning plyonka{6}}shakllantiruvchi xususiyatlaridadir, chunki u SEI plyonkasi shakllanishida bevosita ishtirok etishi mumkin.
Strukturaviy jihatdan LiDFOB yarim{0}}LiBOB va LiBF molekulalaridan iborat boʻlib, LiBOB ning yaxshi plyonka hosil qiluvchi xususiyatlari- va LiBF4 ning past{2}}boʻlgan yaxshi past harorat koʻrsatkichlari afzalliklarini birlashtiradi. LiBOB bilan solishtirganda, LiDFOB chiziqli karbonat erituvchilarda yuqori eruvchanligi va yuqori elektrolitlar o'tkazuvchanligiga ega. Uning yuqori-harorati va past{6}}harorati LiPF4 ga qaraganda yaxshiroq va u akkumulyator katodiga yaxshi mos keladi, alyuminiy folga yuzasida passivatsiya plyonkasi hosil qiladi va elektrolitlar oksidlanishini inhibe qiladi.
LiTFSI strukturasidagi CF₃SO₂ guruhlari kuchli elektronni{0}tortib olish ta'siriga ega bo'lib, bu manfiy zaryadning delokalizatsiyasini kuchaytiradi va ionlar bilan bog'lanishni kamaytiradi, natijada tuzning eruvchanligi yuqori bo'ladi. Bundan tashqari, LiTFSI yuqori elektr o'tkazuvchanligiga ega, yuqori issiqlik parchalanish haroratiga ega va oson gidrolizlanmaydi; ammo, u 3,7V dan yuqori kuchlanishdagi alyuminiy oqim kollektorlarini qattiq korroziyaga olib keladi.
LiFSI molekulasidagi ftor atomlari kuchli elektron tortib olish xususiyatiga ega, ular N ning manfiy zaryadini delokalizatsiya qiladi, natijada ionlarning kuchsiz assotsiatsiyasi va Li+ ning oson dissotsiatsiyasiga olib keladi, bu esa yuqori o'tkazuvchanlikka olib keladi.
LiPO2F2 past{2}}haroratning yaxshi ishlashini namoyish etadi, shuningdek, elektrolitning yuqori-harorat ish faoliyatini yaxshilaydi. Qo'shimcha sifatida u salbiy elektrod yuzasida LixPOyFz va LiF ga boy bo'lgan SEI plyonkasini hosil qilishi mumkin, bu batareyaning interfeys empedansini kamaytirishga va batareya aylanishining ishlashini yaxshilashga yordam beradi. Biroq, LiPO2F2 ham past eruvchanlikdan aziyat chekadi.
ning asosiy komponentisuyuq elektrolitlitiy tuzlarini erituvchi va litiy ionlarining tashuvchisini ta'minlovchi organik erituvchidir. Litiy ionli akkumulyator elektrolitlari uchun ideal organik erituvchi quyidagi shartlarga javob berishi kerak:
1) Lityum tuzlari uchun yuqori dielektrik doimiy va kuchli erish qobiliyati.
2) past erish nuqtasi va yuqori qaynash nuqtasi, keng harorat oralig'ida suyuqlik holatini saqlab turish.
3) Litiy{1}}ionlarini tashishni osonlashtiradigan past yopishqoqlik.
4) Yaxshi kimyoviy barqarorlik, ijobiy va salbiy elektrod tuzilishiga zarar etkazmaydi yoki ijobiy va salbiy elektrod materiallarini eritmaydi.
5) Yuqori yonish nuqtasi, yaxshi xavfsizlik, arzon narx,-toksik bo'lmagan va{2}}ifloslanmaydigan.
Litiy ionli akkumulyator elektrolitlarida ishlatiladigan umumiy organik erituvchilar, 7-6-rasmda ko'rsatilganidek, asosan karbonat erituvchilar va organik efir erituvchilarga bo'linadi. Yuqori samarali litiy-ionli akkumulyator elektrolitini olish uchun odatda ikki yoki undan ortiq organik erituvchilarni o'z ichiga olgan aralash erituvchi ishlatiladi, bu ularni bir-birini to'ldirishga va umumiy ish faoliyatini yaxshilashga imkon beradi. Umumiy karbonat erituvchilarning fizik xossalari 7-1-jadvalda keltirilgan.
7-1-jadval Umumiy karbonatli erituvchilarning fizik xususiyatlari
| Organik erituvchi | Nisbiy dielektrik doimiysi | Erish nuqtasi / daraja | Qaynash nuqtasi/darajasi | Yopishqoqlik koeffitsienti |
|---|---|---|---|---|
| Etilen karbonat (EC) | 89.6 | 37 | 243 | 1.86 |
| Propilen karbonat (PC) | 64.4 | -55 | 240 | 2.53 |
| Dimetil karbonat (DMC) | 0.59 | 2 | 91 | 0.59 |
| Dietil karbonat (DEC) | 2.8 | -43 | 126 | 0.75 |
| Etil metil karbonat (EMC) | 3.0 | -53 | 108 | 0.65 |
Organik efir erituvchilarga asosan 1,2-dimetoksipropan (DMP), dimetoksimetan (DMM) va etilen glikol dimetil efir (DME) kabi zanjirli efirlar va tetrahidrofuran (THF) va 2{6}}metil kabi siklik efirlar kiradi. (2-Me-THF). Zanjirli efir erituvchilar uchun uglerod zanjiri qanchalik uzun bo'lsa, kimyoviy barqarorlik shunchalik yaxshi bo'ladi, lekin yopishqoqlik qanchalik yuqori va litiy-ion migratsiya tezligi past bo'ladi. Etilen glikol dimetil efir lityum geksaftorofosfat bilan nisbatan barqaror xelat (LiPF6 · DME) hosil qilishi mumkin, bu lityum tuzlari uchun kuchli erituvchi kuchni namoyon qiladi va natijada elektrolitlar o'tkazuvchanligi yuqori bo'ladi. Biroq, DME zaif kimyoviy barqarorlikka ega va salbiy elektrod materiali yuzasida barqaror passivatsiya plyonkasini hosil qila olmaydi.
Karbonat erituvchilarga propilen karbonat (PC) va etilen karbonat (EC) kabi siklik karbonatlar va dimetil karbonat (DMC), dietil karbonat (DEC) va metil etil karbonat (EMC) kabi zanjirli karbonatlar kiradi. Tsiklik karbonatlar yuqori dielektrik o'tkazuvchanlikka ega bo'lib, litiy tuzlarini ko'proq eriydi, lekin ular yuqori yopishqoqlikka ega, bu esa litiy{1}}ionining migratsiya tezligini kamaytiradi. Zanjirli karbonatlarning dielektrik o‘tkazuvchanligi past va litiy tuzining eruvchanligi zaif, ammo yopishqoqligi past va yaxshi oquvchanligi litiy{3}}ionlarining migratsiyasini osonlashtiradi.
Litiy ion elektrolitlari uchun-olovga chidamli qoʻshimchalarning turlari-7-rasmda-7-rasmda koʻrsatilgan. Kichik miqdorda qo'llaniladigan qo'shimchalar sezilarli ta'sirga ega va lityum{5}}ionli batareyalar ish faoliyatini yaxshilashning iqtisodiy va amaliy usuli hisoblanadi. Lityum ion batareyalar elektrolitiga kichik dozali qo'shimchalarni qo'shish orqali batareyaning ma'lum ishlash ko'rsatkichlarini yaxshilash mumkin, masalan, teskari sig'im, elektrod/elektrolit mosligi, sikl ishlashi, tezlik ko'rsatkichi va lityum{8}}ionli batareyalarda hal qiluvchi rol o'ynaydigan xavfsizlik ko'rsatkichlari. Ideal lityum-ion batareya elektrolitlari qo'shimchasi quyidagi to'rtta xususiyatga ega bo'lishi kerak:
1) Organik erituvchilarda yuqori eruvchanligi.
2) Kichik miqdor bir yoki bir nechta ishlash xususiyatlarini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin.
3) Batareyaning ishlashiga ta'sir qiluvchi boshqa batareya komponentlari bilan zararli nojo'ya reaktsiyalar yo'q.
4) Arzon narx, toksik bo'lmagan- yoki past toksiklik.
Funktsiyalariga ko'ra, qo'shimchalar o'tkazuvchan qo'shimchalar, ortiqcha zaryaddan himoya qiluvchi qo'shimchalar, olovni ushlab turuvchi qo'shimchalar, SEI plyonkasi{0}}hosil qiluvchi qo'shimchalar, katod materiallarini himoya qiluvchi moddalar, LiPF6 stabilizatorlari va boshqa funktsional qo'shimchalarga bo'linadi.
Supero'tkazuvchi qo'shimchalar elektrolitlar ionlari bilan muvofiqlashtirish, litiy tuzining erishini rag'batlantirish va elektrolitlar o'tkazuvchanligini oshirish orqali lityum{0}}ionli batareyalar tezligini yaxshilaydi. Supero'tkazuvchi qo'shimchalar koordinatsion reaktsiyalar orqali ishlaganligi sababli, ular ligand qo'shimchalari deb ham ataladi va o'zaro ta'sir qiluvchi ionga qarab anion ligandlar, kationik ligandlar va neytral ligandlarga bo'linadi.
Haddan tashqari zaryaddan himoya qiluvchi qo'shimchalar haddan tashqari zaryaddan himoya qilishni ta'minlaydi yoki ortiqcha zaryadga chidamliligini oshiradi. Ular funktsional jihatdan oksidlanish-qaytaruvchi qo'shimchalar va monomer qo'shimchalarga bo'linadi. Hozirgi vaqtda redoks qo'shimchalari asosan anizollar seriyasidir, ular yuqori oksidlanish-qaytarilish potentsialiga va yaxshi eruvchanlikka ega. Monomer qo'shimchalar yuqori kuchlanish ostida polimerizatsiya reaktsiyalariga duchor bo'lib, gazlarni chiqaradi va polimer katod materialining yuzasini qoplaydi va zaryadlashni to'xtatadi. Monomer qo'shimchalar asosan ksilen va feniltsikloheksan kabi aromatik birikmalarni o'z ichiga oladi.
Olovga chidamli qo'shimchalar elektrolitning tutash nuqtasini ko'tarish yoki yonishni inhibe qiluvchi erkin radikal zanjir reaktsiyasini tugatish orqali ishlaydi. Ularning turlari 7-8-rasmda ko'rsatilgan. Olovga chidamli moddalarni qo'shish elektrolitlarning yonuvchanligini kamaytirish, lityum-ion batareyalarning ish harorati oralig'ini kengaytirish va ularning ish faoliyatini yaxshilashning muhim usullaridan biridir. Olovga chidamli qo'shimchalarning ta'sir qilish mexanizmlari asosan ikki xil:
1) Gaz fazasi va kondensatsiyalangan faza o'rtasida izolyatsion qatlam yaratib, ular kondensatsiyalangan va gaz fazalarida yonishning oldini oladi.
2) Ular yonish reaktsiyasi jarayonida erkin radikallarni ushlab, gaz fazalari orasidagi yonish reaktsiyalarini inhibe qiluvchi erkin radikal zanjir reaktsiyasini tugatadi.
