Pertama, elektrolit baterai lithium ion
Elektrolit adalah salah satu dari empat bahan utama untuk baterai lithium-ion. Darah baterai lithium-ion adalah jaminan untuk baterai lithium-ion bertegangan tinggi dan berenergi tinggi. Elektrolit terutama terdiri dari pelarut organik dengan kemurnian tinggi, garam litium elektrolit, dan bahan baku aditif yang diperlukan, dan dibuat sesuai dengan rasio tertentu dalam kondisi tertentu.
1.1 pelarut organik
Pelarut organik umumnya dicampur dengan pelarut konstan dielektrik tinggi dalam pelarut dengan viskositas rendah. Garam litium elektrolit yang umum digunakan adalah kalium perklorat, kalium heksafluorofosfat, kalium tetrafluoroborat, dll., Dalam hal biaya, keamanan dan sejenisnya, kalium heksafluorofosfat Ini adalah elektrolit utama yang digunakan dalam baterai lithium-ion komersial.
Pelarut organik yang umum digunakan dalam elektrolit baterai ion lithium adalah etilena karbonat (EC) dietil karbonat (DEC), dimetil karbonat (DMC), etil metil karbonat (EMC), propilena karbonat (PC), asam propilen karbonat (PC), asam akrilat B. Ester (EA), metil akrilat (MA), dan sejenisnya. Pelarut organik harus dikontrol secara ketat sebelum digunakan. Kemurnian pelarut terkait erat dengan tegangan stabil. Kelembaban pelarut organik memainkan peran yang menentukan dalam merumuskan elektrolit yang berkualitas. Menurunkan air hingga di bawah 10-6 dapat mengurangi dekomposisi lithium hexafluorophosphate, memperlambat dekomposisi film SEI, dan mencegah kenaikan gas. Kadar air dapat dicapai dengan adsorpsi saringan molekuler, distilasi atmosfer atau vakum, dan pengenalan gas inert. Untuk memperoleh larutan dengan konduktivitas ionik tinggi sehingga ion litium bergerak dengan cepat di dalamnya, pelarut pada umumnya merupakan bahan campuran seperti etilena karbonat (EC) + dimetil karbonat (DMC), etilena karbonat (EC) + dietil karbonat. Ester (DEC).
1.2 garam litium elektrolit
Garam lithium elektrolit menyumbang biaya terbesar dari elektrolit, terhitung sekitar 40% dari biaya elektrolit. LiPF6 adalah garam litium elektrolit yang paling umum digunakan, yang stabil terhadap elektroda negatif, memiliki konduktivitas listrik yang tinggi, kapasitas pelepasan yang besar, resistansi internal yang kecil, dan kecepatan pengisian dan pelepasan yang cepat. Namun, peka terhadap kelembaban dan HF, dan reaksinya harus dilakukan dalam suasana kering (seperti kotak sarung tangan). Ini tidak tahan terhadap suhu tinggi, dan reaksi dekomposisi terjadi pada 80 ° C hingga 100 ° C untuk membentuk fosfor pentafluoride dan lithium fluoride. . Mempertimbangkan biaya, keamanan dan aspek lainnya, lithium hexafluorophosphate memiliki keunggulan konduktivitas ionik yang luar biasa, stabilitas oksidasi yang unggul dan polusi lingkungan yang rendah. Saat ini merupakan elektrolit baterai lithium ion pilihan dan juga digunakan dalam baterai lithium ion komersial. Elektrolit utama. Selain itu, LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI dan seri sistem elektrolit garam lithium lainnya dengan keamanan tinggi dan kinerja siklus yang baik telah menarik perhatian.
1.2.1 Lithium hexafluorophosphate
Saat ini, penelitian terkait pada proses persiapan LiPF6 terutama dibagi menjadi dua kategori: metode pelarut HF dan metode pertukaran ion. HF? Metode pelarut adalah metode paling tradisional untuk menyiapkan LiPF6 dengan melarutkan LiF dalam pelarut HF dan kemudian secara langsung memasukkan zat yang mengandung fosfor atau fluor, dan menguapkan atau mendinginkan kristal setelah reaksi untuk mendapatkan produk akhir. Metode ini adalah metode utama peralatan industri, dan LiPF6 yang disiapkan memiliki kemurnian tinggi dan kualitas yang baik, dan cocok untuk permintaan produksi baterai lithium kelas atas. Namun, proses persiapan memiliki permintaan yang tinggi untuk peralatan dan operasi, dan HF yang tersisa di LiPF6 memiliki pengaruh besar pada kinerja baterai.
Metode produksi utama lainnya untuk LiPF6 adalah metode pertukaran kastanye. Mengacu pada metode pertukaran ion heksafluorofosfat dengan senyawa yang mengandung litium dalam pelarut organik untuk memperoleh LiPF6. Fitur utama dari metode pertukaran ion adalah sederhana dan mudah, tetapi masalah kemurnian LiPF6 membatasi aplikasi yang luas.
1.2.2 Garam lithium baru
Saat ini, serangkaian sistem elektrolit garam lithium dengan keamanan tinggi dan kinerja siklus yang baik telah menarik perhatian. Dibandingkan dengan garam lithium elektrolit tradisional LiPF6, meskipun kemampuan komprehensif tidak dapat bersaing dengan LiPF6, mereka memiliki keunggulan yang jelas dalam berbagai aspek, seperti, LiBOB? memiliki stabilitas elektrokimia dan stabilitas termal yang baik, dapat bereaksi dengan pelarut khusus untuk membentuk stabil? SEI? membran, yang dapat dilemahkan setelah siklus energi berulang. LiFSI adalah elektrolit baterai lithium dengan kinerja luar biasa. Ini memiliki konduktivitas yang sangat baik dan kompatibilitas yang baik dengan bahan elektroda. LiBF4 memiliki stabilitas kimia dan termal yang lebih baik daripada LiPF6, dan kinerja keamanannya lebih luar biasa. Namun, sejumlah besar data eksperimental membuktikan bahwa selalu ada beberapa penentuan yang tidak dapat dihindari menggunakan garam lithium tunggal. Misalnya, LiFSI mudah menyebabkan korosi aluminium. LiBF4 memiliki jari-jari anion yang relatif kecil, interaksi yang kuat dengan ion lithium, dan konduktivitas yang lemah. Ini lebih rendah dalam kinerja sebagai baterai lithium ion untuk digunakan sebagai garam litium elektrolit saja. Oleh karena itu, garam litium dari berbagai struktur dan struktur yang berbeda digabungkan, sehingga elektrolit komposit menunjukkan sifat yang sangat baik yang tidak dimiliki oleh elektrolit sederhana, sehingga meningkatkan kinerja elektrolit dalam berbagai aspek.
1.2.3 Keuntungan dan kerugian berbagai garam litium
LiBF4: kinerja suhu rendah lebih baik, tetapi mahal dan kurang larut;
LiPF6: Kinerja komprehensif lebih baik, dan kerugiannya adalah penyerapan air dan hidrolisis yang mudah;
LiBOB: kinerja suhu tinggi lebih baik, terutama menghambat kerusakan penyisipan pelarut ke elektroda negatif, tetapi kelarutannya terlalu rendah;
LiFSI: tidak hanya ramah lingkungan, tetapi juga memiliki stabilitas termal yang baik, sensitivitas terhadap kelembaban, dan konduktivitas listrik;
LiPF2: Meningkatkan kinerja siklus suhu tinggi dan kinerja penyimpanan, kinerja output suhu rendah, dan perlindungan kelebihan harga dan kinerja kapasitas yang seimbang dari baterai lithium;
LiTFSI: stabilitas elektrokimia yang baik, konduktivitas ionik tinggi, stabilitas termal yang baik, dan sulit dihidrolisis;
LiTDI: Memiliki nomor migrasi ion lithium yang sangat tinggi, mengurangi jumlah garam lithium dan mengurangi biaya baterai.
1.3.1 Aditif
Ada banyak jenis aditif, dan produsen baterai lithium ion yang berbeda memiliki persyaratan berbeda pada penggunaan dan kinerja baterai, dan fokus dari aditif yang dipilih juga berbeda. Secara umum, aditif yang digunakan terutama memiliki efek sebagai berikut:
(1) Aditif pembentuk film
Aditif pembentuk film anorganik: molekul kecil seperti SO2, CO2, dan CO dapat mempromosikan pembentukan film pasif, dan penambahan halida seperti LiI atau LiBr juga dapat meningkatkan film pasif.
Aditif pembentuk film organik: senyawa organik terfluorinasi, diklorinasi, dan brominasi seperti anisol atau turunannya yang terhalogenasi dapat meningkatkan kinerja siklus baterai dan mengurangi kehilangan kapasitas baterai yang tidak dapat dibalikkan. Di antara mereka, vinylene carbonate (VC) adalah aditif pembentuk film yang sangat baik.
(2) mengurangi jejak air dan aditif asam HF dalam elektrolit
Senyawa karbodiimida dapat mencegah hidrolisis LiPF6 menjadi asam. Selain itu, beberapa oksida logam seperti Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 dan sejenisnya digunakan untuk menghilangkan HF.
(3) Mencegah aditif berlebih dan kelebihan muatan
Senyawa-senyawa seperti amina organik dan imina, bifenil, dan karbazol digunakan sebagai aditif untuk mencegah pengisian berlebih dan pengisian berlebih.
(4) Aditif tahan api
Senyawa organofosfor seperti tetrapropoxysilane (TPOS), tetramethoxysilane (TMOS), senyawa organofluorin, dan alkil fosfat terhalogenasi digunakan sebagai aditif tahan api pada titik nyala tinggi, titik nyala tinggi, senyawa yang tidak mudah terbakar.
(5) Meningkatkan aditif kinerja suhu rendah
N, N-dimethyltrifluoroacetamide, borida organik, karbonat yang mengandung fluorin dan viskositas rendah lainnya, titik nyala tinggi bermanfaat untuk peningkatan kinerja baterai pada suhu rendah.
(6) Aditif multifungsi
Setelah 12-mahkota-4 ditambahkan ke dalam pelarut PC, film SEI pada antarmuka elektroda dioptimalkan untuk mengurangi kehilangan kapasitas elektroda yang tidak dapat dibalik. Penambahan pelarut organik terfluorinasi dan fosfat terhalogenasi seperti BTE dan TTFP ke elektrolit tidak hanya berkontribusi pada pembentukan film SEI yang sangat baik, tetapi juga memiliki retardansi nyala api tertentu atau bahkan signifikan terhadap elektrolit.