Во-первых, литий-ионный аккумулятор электролит
Электролит является одним из четырех ключевых материалов для литий-ионных аккумуляторов. Кровь литий-ионных аккумуляторов является гарантией высоковольтной и высокоэнергетической энергии литий-ионных аккумуляторов. Электролит состоит в основном из высокочистого органического растворителя, литиевой соли электролита и сырья с необходимой добавкой и готовится в соответствии с определенным соотношением при определенных условиях.
1.1 органический растворитель
Органический растворитель обычно смешивают с растворителем с высокой диэлектрической проницаемостью в растворителе с низкой вязкостью. Обычно используемыми электролитными литиевыми солями являются перхлорат калия, гексафторфосфат калия, тетрафторборат калия и т. Д., С точки зрения стоимости, безопасности и тому подобное, гексафторфосфат калия. Это основной электролит, используемый в коммерческих литий-ионных аккумуляторах.
Обычно используемые органические растворители в литий-ионных аккумуляторных электролитах представляют собой этиленкарбонат (EC), диэтилкарбонат (DEC), диметилкарбонат (DMC), этилметилкарбонат (EMC), пропиленкарбонат (PC), акриловую кислоту B. Эфир (EA), метил акрилат (МА) и тому подобное. Органический растворитель должен строго контролироваться перед использованием. Чистота растворителя тесно связана со стабильным напряжением. Влажность органического растворителя играет решающую роль в составлении качественного электролита. Снижение воды ниже 10-6 может уменьшить разложение гексафторфосфата лития, замедлить разложение пленки SEI и предотвратить рост газа. Содержание влаги может быть достигнуто путем адсорбции на молекулярных ситах, атмосферной или вакуумной перегонки и введения инертного газа. Чтобы получить раствор с высокой ионной проводимостью, чтобы в нем быстро перемещались ионы лития, растворитель, как правило, представляет собой смешанный материал, такой как этиленкарбонат (ЕС) + диметилкарбонат (ДМК), этиленкарбонат (ЕС) + диэтилкарбонат. Эстер (декабрь).
1.2 электролит литиевой соли
Электролит литиевой соли составляет наибольшую стоимость электролита, что составляет около 40% от стоимости электролита. LiPF6 является наиболее часто используемой электролитной солью лития, которая устойчива к отрицательному электроду, имеет высокую электрическую проводимость, большую разрядную емкость, небольшое внутреннее сопротивление и быструю скорость зарядки и разрядки. Однако он чувствителен к влаге и HF, и его реакцию следует проводить в сухой атмосфере (например, в перчаточном ящике). Он не устойчив к высоким температурам, и реакция разложения происходит при температуре от 80 до 100 ° С с образованием пентафторида фосфора и фторида лития. , Учитывая стоимость, безопасность и другие аспекты, гексафторфосфат лития обладает преимуществами выдающейся ионной проводимости, превосходной устойчивости к окислению и низким уровнем загрязнения окружающей среды. В настоящее время он является предпочтительным электролитом для литий-ионных батарей, а также используется в коммерческих литий-ионных батареях. Основной электролит. Кроме того, внимание привлекли LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI и другие серии систем с электролитом на основе соли лития с высокой безопасностью и хорошими характеристиками цикла.
1.2.1 Гексафторфосфат лития
В настоящее время соответствующие исследования процесса получения LiPF6 в основном делятся на две категории: метод с применением HF-растворителя и метод ионного обмена. ВЧ? Растворительный метод является наиболее традиционным методом получения LiPF6 путем растворения LiF в HF-растворителе и последующего прямого введения вещества, содержащего фосфор или фтор, и выпаривания или охлаждения кристаллов после реакции для получения конечного продукта. Этот метод является основным методом промышленного оборудования, и приготовленный LiPF6 обладает высокой чистотой и хорошим качеством и подходит для производства литиевых батарей высокого класса. Тем не менее, процесс подготовки имеет высокую потребность в оборудовании и эксплуатации, а ВЧ, остающаяся в LiPF6, оказывает большое влияние на производительность батареи.
Другим важным методом производства LiPF6 является метод обмена каштанов. Относится к способу ионного обмена гексафторфосфата с литийсодержащим соединением в органическом растворителе с получением LiPF6. Главная особенность метода ионного обмена состоит в том, что он прост и легок, но проблема чистоты LiPF6 ограничивает его широкое применение.
1.2.2 Новая соль лития
В настоящее время серия систем с электролитом на основе соли лития с высокой безопасностью и хорошими характеристиками цикла привлекает внимание. По сравнению с традиционной солью электролита лития LiPF6, хотя комплексная способность не может конкурировать с LiPF6, они имеют очевидные преимущества в различных аспектах, таких как LiBOB? обладает хорошей электрохимической стабильностью и термической стабильностью, может вступать в реакцию со специфическими растворителями с образованием стабильного? SEI? мембрана, которая может быть ослаблена после повторных циклов энергии. LiFSI - это литиевый батарейный электролит с отличными характеристиками. Обладает отличной проводимостью и хорошей совместимостью с электродными материалами. LiBF4 обладает лучшей химической и термической стабильностью, чем LiPF6, и его показатели безопасности более замечательны. Тем не менее, большое количество экспериментальных данных доказывает, что всегда есть некоторые неизбежные определения с использованием одной соли лития. Например, LiFSI легко вызывает коррозию алюминия. LiBF4 имеет относительно небольшой радиус аниона, сильное взаимодействие с ионами лития и слабую проводимость. Он уступает в качестве литий-ионного аккумулятора для использования в качестве электролита только литиевой соли. Следовательно, соли лития с разной структурой и с разной структурой составлены так, что композитный электролит демонстрирует превосходные свойства, которыми не обладают простые электролиты, тем самым улучшая характеристики электролита в различных аспектах.
1.2.3 Преимущества и недостатки различных солей лития
LiBF4: характеристики при низких температурах лучше, но дороже и менее растворимы;
LiPF6: комплексная производительность лучше, а недостатком является легкое водопоглощение и гидролиз;
LiBOB: характеристики при высоких температурах лучше, особенно при ингибировании повреждения растворителем при введении отрицательного электрода, но растворимость слишком низкая;
LiFSI: не только экологически чистый, но и обладает хорошей термостойкостью, чувствительностью к влаге и электропроводностью;
LiPF2: улучшает производительность цикла при высокой температуре и производительность хранения, производительность при низкой температуре, защиту от перезарядки и сбалансированную емкость литиевых батарей;
LiTFSI: хорошая электрохимическая стабильность, высокая ионная проводимость, хорошая термическая стабильность и трудно гидролизуются;
LiTDI: имеет очень высокий показатель миграции ионов лития, что уменьшает количество соли лития и снижает стоимость батареи.
1.3.1 Добавки
Существует много видов добавок, и разные производители литий-ионных аккумуляторов предъявляют разные требования к использованию и характеристикам аккумулятора, и фокус на выбранных добавках также различен. Как правило, используемые добавки в основном имеют следующие эффекты:
(1) Пленкообразующая добавка
Неорганические пленкообразующие добавки: небольшие молекулы, такие как SO2, CO2 и CO, могут способствовать образованию пассивирующей пленки, а добавление галогенида, такого как LiI или LiBr, также может улучшить пассивирующую пленку.
Органические пленкообразующие добавки: фторированные, хлорированные и бромированные органические соединения, такие как анизол или его галогенированные производные, могут улучшить характеристики цикла батареи и уменьшить необратимые потери емкости батареи. Среди них виниленкарбонат (VC) является очень хорошей пленкообразующей добавкой.
(2) уменьшение следов воды и HF кислотных добавок в электролите
Карбодиимидное соединение может предотвращать гидролиз LiPF6 до кислоты. Кроме того, некоторые оксиды металлов, такие как Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 и тому подобное, используются для удаления HF.
(3) Предотвращение перезаряда и чрезмерной разрядки присадок
Такие соединения, как органические амины и имины, бифенилы и карбазолы, используются в качестве добавок для предотвращения перезарядки и переразряда.
(4) Огнезащитные добавки
Фосфорорганические соединения, такие как тетрапропоксисилан (TPOS), тетраметоксисилан (TMOS), фторорганические соединения и галогенированные алкилфосфаты, используются в качестве огнезащитных добавок в негорючих соединениях с высокой температурой кипения и высокой температурой вспышки.
(5) Улучшение характеристик при низких температурах
N, N-диметилтрифторацетамид, органический борид, фторсодержащий карбонат и другие с низкой вязкостью, высокая температура вспышки выгодно для улучшения низкотемпературных характеристик батареи.
(6) многофункциональные добавки
После добавления 12-краун-4 в растворитель для ПК пленка SEI на границе раздела электродов была оптимизирована для уменьшения первой необратимой потери емкости электрода. Добавление фторсодержащих органических растворителей и галогенированных фосфатов, таких как БТЭ и ТТФП, к электролиту не только способствует образованию превосходной пленки SEI, но также имеет определенную или даже значительную огнестойкость для электролита.