Apa elektrolit ing baterei lithium?
elektrolit
Elektrolit ing baterei lithium-ion minangka pembawa ion ing baterei. Umume kasusun saka uyah lithium, pelarut organik, lan aditif, kaya sing dituduhake ing Gambar 7-4. Elektrolit nduweni peran wigati kanggo nindakake ion ing antarane elektroda positif lan negatif saka baterei lithium-, njamin kaluwihan kayata tegangan dhuwur lan energi spesifik dhuwur. Elektrolit biasane disiapake ing kahanan tartamtu lan ing proporsi tartamtu saka -pelarut organik kemurnian dhuwur, uyah lithium, lan aditif perlu. Nalika bahan elektroda nemtokake kapadhetan energi baterei, elektrolit dhasar nemtokake urip siklus, kinerja suhu dhuwur lan kurang, lan safety. Komposisi dhasar saka elektrolit tetep relatif ora owah; inovasi utamané dumunung ing pangembangan uyah lithium novel lan aditif, uga pangerten luwih jero saka pangolahan kimia antarmuka lan mekanisme melu ing baterei lithium-ion.
Ana macem-macem jinis uyah lithium, kaya sing ditampilake ing Gambar 7-5, nanging mung sawetara sing digunakake ing baterei lithium-ion sing kasedhiya kanthi komersial. Garam lithium sing becik kudu nduweni sifat ing ngisor iki:
1) Gelar asosiasi sing sithik, gampang larut ing pelarut organik, njamin konduktivitas ion elektrolit sing dhuwur.
2) Anion kanthi resistensi antioksidan lan nyuda; produk reduksi nggampangake pambentukan film SEI sing stabil lan tahan -sedheng.
3) Stabilitas kimia sing apik, tanpa nyebabake reaksi samping sing mbebayani karo bahan elektroda, elektrolit, utawa pemisah.
4) Proses persiapan sing prasaja, murah, ora-beracun lan bebas polusi-.
LiPF6 minangka uyah lithium sing paling akeh digunakake. Nalika sifat individu ora paling pinunjul, nanging nuduhake kinerja sakabèhé sing relatif optimal ing elektrolit pelarut campuran karbonat. LiPF6 nduweni kaluwihan utama ing ngisor iki:
1) Kelarutan sing cocog lan konduktivitas ion dhuwur ing pelarut non{1}}berair.
2) Bisa mbentuk film passivation stabil ing lumahing aluminium foil kolektor saiki.
3) Synergistically mbentuk film SEI stabil ing lumahing elektroda grafit karo pelarut karbonat.
Nanging, LiPF6 nduweni stabilitas termal sing kurang lan rentan kanggo reaksi dekomposisi. Produk sampingan bisa ngrusak film SEI ing permukaan elektroda, mbubarake komponen aktif elektroda positif, lan nyebabake bosok kapasitas nalika muter.
LiBF uga minangka aditif uyah lithium sing umum digunakake. Dibandhingake karo LiPF6, LiBF nduweni kisaran suhu operasi sing luwih akeh, stabilitas suhu -dhuwur sing luwih apik, lan kinerja suhu -rendhek sing luwih dhuwur. LiBF nduweni konduktivitas dhuwur, jendhela elektrokimia sing amba, lan stabilitas termal sing apik. Kauntungan paling gedhe dumunung ing sifat pembentuk film, amarga bisa langsung melu pambentukan film SEI.
Sacara struktural, LiDFOB dumadi saka setengah -molekul LiBOB lan LiBF, nggabungake kaluwihan saka film sing apik-sipat mbentuk LiBOB lan kinerja suhu rendah -LiBF4 sing apik. Dibandhingake karo LiBOB, LiDFOB nduweni kelarutan sing luwih dhuwur ing pelarut karbonat linier lan konduktivitas elektrolit sing luwih dhuwur. Kinerja suhu-dhuwur lan{6}}sedheng luwih apik tinimbang LiPF4, lan nduweni kompatibilitas apik karo katoda baterei, mbentuk film pasif ing lumahing aluminium foil lan nyegah oksidasi elektrolit.
Klompok CF₃SO₂ ing struktur LiTFSI duweni efek penarik elektron-kuwat, sing nambah delokalisasi muatan negatif lan nyuda pasangan asosiasi ion, sing nyebabake kelarutan uyah sing dhuwur. Salajengipun, LiTFSI nduweni konduktivitas listrik sing dhuwur, suhu dekomposisi termal sing dhuwur, lan ora gampang dihidrolisis; Nanging, iku bakal nemen corrode aluminium kolektor saiki ing voltase ndhuwur 3.7V.
Atom fluorine ing molekul LiFSI duweni sifat tarik elektron -kuwat, sing nyetop muatan negatif ing N, sing nyebabake asosiasi ion lemah lan gampang disosiasi Li+, saengga nyebabake konduktivitas dhuwur.
LiPO2F2 nuduhake kinerja suhu -sedheng apik lan uga nambah kinerja suhu dhuwur saka elektrolit. Minangka aditif, bisa mbentuk film SEI sing sugih ing LixPOyFz lan LiF ing permukaan elektroda negatif, sing mbantu nyuda impedansi antarmuka baterei lan nambah kinerja siklus baterei. Nanging, LiPO2F2 uga ngalami kelarutan sing sithik.
Komponen utama sakaelektrolit cairminangka pelarut organik, sing mbubarake uyah lithium lan nyedhiyakake pembawa kanggo ion lithium. Pelarut organik sing cocog kanggo elektrolit baterei-ion lithium kudu nyukupi kondisi ing ngisor iki:
1) Dielektrik dhuwur konstan lan kemampuan dissolving kuwat kanggo uyah lithium.
2) titik leleh Low lan titik didih dhuwur, ngramut negara Cairan liwat sawetara suhu sudhut.
3) Viskositas kurang, nggampangake transportasi ion litium-.
4) stabilitas kimia apik, ora ngrusak struktur elektroda positif lan negatif utawa dissolve bahan elektroda positif lan negatif.
5) Titik nyala dhuwur, safety apik, biaya murah, ora-beracun lan ora-polusi.
Pelarut organik sing umum digunakake ing elektrolit baterei lithium -ion utamane dipérang dadi pelarut karbonat lan pelarut eter organik, kaya sing dituduhake ing Gambar 7-6. Kanggo entuk-elektrolit baterei lithium-ion sing dhuwur, pelarut campuran sing ngemot loro utawa luwih pelarut organik biasane digunakake, supaya bisa saling nglengkapi lan entuk kinerja sakabehe sing luwih apik. Sifat fisik pelarut karbonat umum ditampilake ing Tabel 7-1.
Tabel 7-1 Sifat Fisik Pelarut Karbonat Umum
| Pelarut Organik | Konstanta dielektrik relatif | Titik lebur / derajat | Titik didih / derajat | Koefisien viskositas |
|---|---|---|---|---|
| Etilena Karbonat (EC) | 89.6 | 37 | 243 | 1.86 |
| Propilena 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 |
Pelarut eter organik utamane kalebu eter rantai kayata 1,2-dimethoxypropane (DMP), dimethoxymethane (DMM), lan ethylene glycol dimethyl ether (DME), lan eter siklik kayata tetrahydrofuran (THF) lan 2-methyltetrahydrofuran (2-Me-THF). Kanggo pelarut eter rantai, luwih dawa rantai karbon, stabilitas kimia luwih apik, nanging luwih dhuwur viskositas lan tingkat migrasi lithium-ion luwih murah. Etilena glikol dimetil eter bisa mbentuk chelate sing relatif stabil (LiPF6·DME) kanthi lithium hexafluorophosphate, nuduhake daya larut sing kuwat kanggo uyah lithium lan ngasilake konduktivitas elektrolit sing dhuwur. Nanging, DME nduweni stabilitas kimia sing kurang lan ora bisa mbentuk film pasif sing stabil ing permukaan materi elektroda negatif.
Pelarut karbonat kalebu karbonat siklik kayata propilen karbonat (PC) lan etilena karbonat (EC), lan karbonat rantai kayata dimetil karbonat (DMC), dietil karbonat (DEC), lan metil etil karbonat (EMC). Karbonat siklik nduweni konstanta dielektrik sing dhuwur, nggawe uyah litium luwih larut, nanging uga nduweni viskositas sing dhuwur, nyebabake tingkat migrasi ion litium{1}} luwih murah. Karbonat rantai nduweni konstanta dielektrik sing sithik lan kelarutan uyah lithium sing ringkih, nanging viskositas sing kurang lan kemampuan alir sing apik, nggampangake migrasi ion lithium-.
Jinis-jinis aditif tahan api -kanggo elektrolit lithium{1}}ion kapacak ing Gambar 7-7. Aditif, digunakake ing jumlah cilik, duwe efek sing signifikan lan minangka cara ekonomi lan praktis kanggo ningkatake kinerja baterei lithium-ion. Kanthi nambahake aditif dosis cilik menyang elektrolit baterei lithium-, karakteristik kinerja baterei tartamtu bisa ditingkatake kanthi khusus, kayata kapasitas sing bisa dibalik, kompatibilitas elektroda/elektrolit, kinerja siklus, kinerja tingkat, lan kinerja safety, sing nduweni peran wigati ing baterei lithium-. Aditif elektrolit baterei lithium-ion sing becik kudu nduweni papat karakteristik ing ngisor iki:
1) Kelarutan dhuwur ing pelarut organik.
2) Jumlah cilik bisa nambah siji utawa luwih karakteristik kinerja.
3) Ora ana reaksi sisih sing mbebayani karo komponen baterei liyane sing mengaruhi kinerja baterei.
4) Ragad murah, ora-beracun utawa murah.
Adhedhasar fungsine, aditif bisa digolongake dadi aditif konduktif, aditif perlindungan overcharge, aditif flame retardant, aditif pembentuk film SEI{0}}, pelindung bahan katoda, stabilisator LiPF6, lan aditif fungsional liyane.
Aditif konduktif nambah kinerja batre lithium-ion kanthi koordinasi karo ion elektrolit, ningkatake pembubaran uyah lithium, lan nambah konduktivitas elektrolit. Amarga aditif konduktif bisa liwat reaksi koordinasi, padha uga disebut aditif ligan, lan diklasifikasikaké dadi ligan anionik, ligan kationik, lan ligan netral adhedhasar ion interaksi.
Aditif proteksi overcharge nyedhiyakake proteksi overcharge utawa ningkatake toleransi overcharge. Padha sacara fungsional diklasifikasikake dadi aditif redoks lan aditif monomer. Saiki, aditif redoks utamane seri anisole, sing nduweni potensi redoks sing dhuwur lan kelarutan sing apik. Aditif monomer ngalami reaksi polimerisasi ing voltase dhuwur, ngeculake gas, lan polimer nutupi permukaan materi katoda, ngganggu ngisi daya. Aditif monomer utamane kalebu senyawa aromatik kayata xylene lan phenylcyclohexane.
Aditif flame retardant fungsi kanthi ngunggahake titik kontak elektrolit utawa mungkasi reaksi rantai radikal bebas sing nyegah pembakaran. Jinisipun kapacak ing Gambar 7-8. Nambah flame retardants minangka salah sawijining cara penting kanggo nyuda kobong elektrolit, nggedhekake sawetara suhu operasi baterei lithium-ion, lan nambah kinerja. Mekanisme tumindak aditif flame retardant utamane loro:
1) Kanthi nggawe lapisan insulasi ing antarane fase gas lan fase kental, nyegah pembakaran ing fase kondensasi lan gas.
2) Dheweke nangkep radikal bebas sajrone proses reaksi pembakaran, mungkasi reaksi berantai radikal bebas sing nyegah reaksi pembakaran antarane fase gas.
