Что такое электролит литий-ионного-аккумулятора?

◆Что такое водные электролиты?

◆Введение в твердые электролиты

Электролит – незаменимый компонентлитий-ионные-аккумуляторы, играет решающую роль в циклах зарядки-разрядки аккумулятора.

Он не только отвечает за эффективный транспорт ионов лития и проводимость тока, но также обладает свойствами электронной изоляции, эффективно предотвращая прямой поток электронов между положительным и отрицательным электродами. Образно говоря, электролит подобен «крови» внутри литий-ионного-аккумулятора, обеспечивая соединение между материалами положительного и отрицательного электрода, тем самым гарантируя плавное течение всего процесса заряда-разрядки.

Идеальный электролит для литий-ионного-аккумулятора должен отвечать следующим пяти требованиям:

В связи с постоянно-растущими требованиями к плотности энергии и мощности аккумуляторов технология производства аккумуляторов быстро развивается, а материалы электродов достигли огромного прогресса. Напротив, развитие электролитных систем отстает. В настоящее время разработки электролитов литий-ионных аккумуляторов можно условно разделить на три типа: не-электролиты на основе растворителей, водные электролиты и твердотельные-электролиты.

Не-электролит на основе растворителя

 

Не-электролиты с растворителем в литий-ионных батареях относятся к электролитным системам, не содержащим воды и состоящим в основном из растворителей, растворенных веществ (обычно солей лития) и добавок. Эти не-растворители обычно представляют собой органические растворители, а не водные растворители, чтобы избежать электролиза воды или побочных реакций с материалами электродов. Соли лития являются основными носителями переноса-ионов лития, растворители служат для растворения, диспергирования и поддержки солей лития, а добавки в первую очередь улучшают электрохимические характеристики или безопасность литий-ионных батарей.

Коммерчески доступные электролиты (т. е. жидкие электролиты), используемые в литий-ионных батареях, в основном состоят из одной или нескольких солей лития, растворенных в двух или более органических растворителях; электролиты, состоящие из одного растворителя, встречаются очень редко. Причина использования нескольких растворителей заключается в том, что в реальных-батареях предъявляются разные, даже противоречивые требования, которые трудно удовлетворить с помощью одного растворителя. Например, электролиты могут требовать высокой текучести и при этом иметь высокую диэлектрическую проницаемость; поэтому растворители с разными физико-химическими свойствами часто используются в комбинации, проявляя одновременно разные характеристики. Кроме того, соли лития обычно не используются одновременно, поскольку выбор солей лития ограничен, а их преимущества неочевидны.

Идеальные органические растворители должны обладать следующими ключевыми свойствами: во-первых, им необходима высокая диэлектрическая проницаемость, чтобы обеспечить хорошее растворение солей лития; во-вторых, они должны иметь низкую температуру плавления и высокую температуру кипения для расширения диапазона рабочих температур электролита; в-третьих, низкая вязкость способствует эффективной миграции ионов лития в среде; и, наконец, эти растворители должны быть недорогими и малотоксичными (в идеале не-токсичными). Карбонатные соединения, как одни из первых и наиболее широко используемых органических растворителей в производстве литий-ионных аккумуляторов, занимают решающее положение в области электролитов для аккумуляторов.

В настоящее время этот тип растворителей включает в основном две структурные формы: циклическую и цепную. В таблице ниже приведены соответствующие физические параметры нескольких часто используемых не-водных растворителей, электролитов и органических растворителей.

В настоящее время в электролитах широко используются алкилкарбонатные растворители. Эти растворители обладают хорошей стойкостью к окислению и демонстрируют превосходную стабильность в условиях высокого напряжения. Циклические карбонаты, такие как этиленкарбонат и пропиленкарбонат, известны своими высокими диэлектрическими константами, что означает, что они могут более эффективно растворять соли лития; однако из-за сильных межмолекулярных сил эти растворители имеют высокую вязкость, что замедляет движение ионов лития внутри них. Напротив, цепочечные карбонаты, такие как диметилкарбонат и диэтилкарбонат, хотя и имеют более низкую вязкость, также имеют относительно низкие диэлектрические константы, что приводит к относительно низкой эффективности растворения солей лития. Поэтому для приготовления растворных систем с превосходной ионной проводимостью часто смешивают различные типы растворителей, например комбинации ПК+ДЭК или ЭК+ДМК. Соли лития, как источник ионов лития в электролите, играют важную роль в переносе ионов лития-во время процесса зарядки и разрядки литий-ионных аккумуляторов. Их производительность напрямую влияет на многие аспекты литий-ионных батарей, включая плотность энергии, удельную мощность, диапазон рабочего напряжения, срок службы и безопасность. В настоящее время в лабораторных исследованиях и промышленной практике обычно выбирают соли лития с большими анионными радиусами и высокой окислительно-восстановительной стабильностью. По химическому составу соли лития можно разделить на две категории: неорганические соли лития и органические соли лития. Было разработано несколько неорганических солей лития, в том числе LiPF6, LiClO4, LIBF и LIASF. Напротив, обычно используемые органические соли лития в литий-ионных батареях получают путем добавления электроно-акцепторных групп к анионам этих неорганических солей лития, таких как диоксалато-борат лития (LiBOB), дифтороксалато-борат лития ([iODFB]), дифторсульфонилимид лития (LiFSI) и дитрифторметилсульфонилимид лития. (LTFSI). В таблице ниже показаны соответствующие физико-химические свойства нескольких обычно используемых солей лития в литий-ионных батареях.

Присадками называют вещества, добавляемые в электролит в небольших концентрациях (обычно не более 10% по массе), обладающие специфическими функциями и способные существенно улучшить электрохимические характеристики аккумулятора. В зависимости от их функций эти добавки можно разделить на несколько категорий: пленкообразующие-добавки, антипирены и добавки для предотвращения перезаряда. Кроме того, существуют добавки, используемые для повышения проводимости, оптимизации работы в условиях низких-температур или контроля следовых количеств и концентрации HF в растворе электролита.