Litija{0}}jonu akumulatora elektrolīta nozīme?

◆Kas ir ūdens elektrolīti?

◆Ievads cietajos elektrolītos

Elektrolīts, neaizstājama sastāvdaļalitija{0}}jonu akumulatori, spēlē izšķirošu lomu akumulatora uzlādes{0}}izlādes ciklos.

Tas ir ne tikai atbildīgs par efektīvu litija jonu transportēšanu un strāvas vadīšanu, bet arī tam piemīt elektroniskās izolācijas īpašības, lai efektīvi novērstu tiešu elektronu plūsmu starp pozitīvo un negatīvo elektrodu. Tēlaini izsakoties, elektrolīts ir kā "asinis" litija -jonu akumulatorā, nodrošinot savienojumu starp pozitīvā un negatīvā elektroda materiāliem, tādējādi garantējot vienmērīgu visa uzlādes -izlādes procesa norisi.

Ideālam litija{0}}jonu akumulatora elektrolītam jāatbilst šādām piecām prasībām:

Arvien{0}}pieaugot prasībām pēc akumulatora enerģijas blīvuma un jaudas blīvuma, akumulatoru tehnoloģija strauji attīstās, un elektrodu materiāli ir guvuši milzīgu progresu. Turpretim elektrolītu sistēmu attīstība ir atpalikusi. Pašlaik litija{3}}jonu akumulatoru elektrolītu izstrādi var plaši iedalīt trīs veidos: ne-ūdens šķīdinātāju elektrolīti, ūdens elektrolīti un cietvielu{5}}elektrolīti.

Ne{0}}ūdens šķīdinātāja elektrolīts

 

Ne-ūdeni saturoši šķīdinātāju elektrolīti litija-jonu akumulatoros attiecas uz elektrolītu sistēmām, kas nesatur ūdeni, galvenokārt sastāv no šķīdinātājiem, šķīdinātājiem (parasti litija sāļiem) un piedevām. Šie ne-ūdens šķīdinātāji parasti ir organiski šķīdinātāji, nevis ūdens šķīdinātāji, lai izvairītos no ūdens elektrolīzes vai nevēlamām reakcijām ar elektrodu materiāliem. Litija sāļi ir galvenie nesēji litija -jonu transportēšanai, šķīdinātāji kalpo kā litija sāļu šķīdināšana, izkliedēšana un atbalsta līdzeklis, un piedevas galvenokārt darbojas, lai uzlabotu litija -jonu akumulatoru elektroķīmisko veiktspēju vai drošību.

Komerciāli pieejamie elektrolīti (ti, šķidrie elektrolīti), ko izmanto litija -jonu akumulatoros, galvenokārt sastāv no viena vai vairākiem litija sāļiem, kas izšķīdināti divos vai vairākos organiskos šķīdinātājos; elektrolīti, kas sastāv no viena šķīdinātāja, ir ļoti reti. Vairāku šķīdinātāju izmantošanas iemesls ir tas, ka reālajām -akumulatoriem ir atšķirīgas, pat pretrunīgas prasības, kuras ir grūti izpildīt, izmantojot vienu šķīdinātāju. Piemēram, elektrolītiem var būt nepieciešama augsta plūstamība, vienlaikus arī augsta dielektriskā konstante; tādēļ šķīdinātājus ar dažādām fizikāli ķīmiskajām īpašībām bieži izmanto kombinācijās, kam vienlaikus piemīt dažādas īpašības. Turklāt litija sāļus parasti neizmanto vienlaikus, jo litija sāļu izvēle ir ierobežota un to priekšrocības nav viegli pamanāmas.

Ideāliem organiskajiem šķīdinātājiem ir jāpiemīt šādām galvenajām īpašībām: Pirmkārt, tiem ir nepieciešama augsta dielektriskā konstante, lai nodrošinātu labu litija sāļu izšķīšanu; otrkārt, tiem jābūt ar zemu kušanas temperatūru un augstu viršanas temperatūru, lai paplašinātu elektrolīta darba temperatūras diapazonu; treškārt, zemā viskozitāte palīdz veicināt efektīvu litija jonu migrāciju vidē; un, visbeidzot, šiem šķīdinātājiem ir jābūt lētiem un ar zemu toksicitāti (ideālā gadījumā tie nav -toksiski). Karbonāta savienojumi kā viens no agrākajiem un visplašāk izmantotajiem organiskajiem šķīdinātājiem litija-jonu akumulatoru rūpniecībā ieņem izšķirošu vietu akumulatoru elektrolītu jomā.

Pašlaik šāda veida šķīdinātāji galvenokārt ietver divas strukturālās formas: ciklisku un ķēdes. Tālāk esošajā tabulā ir apkopoti vairāku bieži lietotu ne-ūdens šķīdinātāju, elektrolītu un organisko šķīdinātāju attiecīgie fizikālie parametri.

Pašlaik alkilkarbonāta šķīdinātājus plaši izmanto elektrolītos. Šiem šķīdinātājiem ir laba oksidācijas izturība un lieliska stabilitāte augsta sprieguma apstākļos. Cikliski karbonāti, piemēram, etilēnkarbonāts un propilēnkarbonāts, ir pazīstami ar augstajām dielektriskajām konstantēm, kas nozīmē, ka tie spēj efektīvāk izšķīdināt litija sāļus; tomēr spēcīgu starpmolekulāro spēku dēļ šiem šķīdinātājiem ir augsta viskozitāte, kas palēnina litija jonu kustību tajos. Turpretim ķēdes karbonātiem, piemēram, dimetilkarbonātam un dietilkarbonātam, lai gan tiem ir zemāka viskozitāte, tiem ir arī salīdzinoši zemas dielektriskās konstantes, kā rezultātā litija sāļiem ir salīdzinoši slikta šķīdināšanas efektivitāte. Tāpēc, lai sagatavotu šķīdumu sistēmas ar augstāku jonu vadītspēju, bieži tiek sajaukti dažāda veida šķīdinātāji, piemēram, PC+DEC vai EC+DMC kombinācijas. Litija sāļiem kā elektrolītā esošo litija jonu avotam ir liela nozīme litija -jonu jonu transportēšanā litija-jonu akumulatoru uzlādes un izlādes procesā. To veiktspēja tieši ietekmē daudzus litija{10}jonu akumulatoru aspektus, tostarp enerģijas blīvumu, jaudas blīvumu, darba sprieguma diapazonu, cikla kalpošanas laiku un drošību. Pašlaik laboratorijas pētījumos un rūpnieciskajā praksē parasti izvēlas litija sāļus ar lieliem anjonu rādiusiem un augstu redoksstabilitāti. Pamatojoties uz to ķīmisko sastāvu, litija sāļus var plaši iedalīt divās kategorijās: neorganiskie litija sāļi un organiskie litija sāļi. Ir izstrādāti vairāki neorganiskie litija sāļi, tostarp LiPF6, LiClO4, LIBF un LIASF. Turpretim litija-jonu akumulatoros parasti izmantotie organiskie litija sāļi tiek veidoti, šo neorganisko litija sāļu anjoniem pievienojot elektronu-izsūknēšanas grupas, piemēram, litija dioksalato-borātu (LiBOB), litija difluoroksalato-difluorīdu (litionihiumborātu). (LiFSI) un litija ditrifluormetilsulfonilimīdu (LTFSI). Tālāk esošajā tabulā ir parādītas vairāku litija jonu akumulatoros bieži lietotu litija sāļu atbilstošās fizikāli ķīmiskās īpašības.

Piedevas ir vielas, ko elektrolītam pievieno zemā koncentrācijā (parasti ne vairāk kā 10% no masas), kurām ir noteiktas funkcijas un kuras var būtiski uzlabot akumulatora elektroķīmiskās īpašības. Pamatojoties uz to funkcijām, šīs piedevas var plaši iedalīt vairākās kategorijās: plēvi veidojošās piedevas, liesmas slāpētāji un piedevas, kas novērš pārmērīgu uzlādi. Turklāt ir piedevas, ko izmanto, lai uzlabotu vadītspēju, optimizētu veiktspēju zemas-temperatūras apstākļos vai kontrolētu nelielu daudzumu un HF koncentrāciju elektrolīta šķīdumā.