लिथियम ब्याट्रीमा इलेक्ट्रोलाइट के हो?

लिथियम ब्याट्रीमा इलेक्ट्रोलाइट के हो?

इलेक्ट्रोलाइट

लिथियम- आयन ब्याट्रीमा रहेको इलेक्ट्रोलाइट ब्याट्रीमा आयनहरूको वाहक हो। चित्र 7-४ मा देखाइए अनुसार यो सामान्यतया लिथियम लवण, जैविक विलायक, र additives बाट बनेको हुन्छ। इलेक्ट्रोलाइटले लिथियम- ब्याट्रीको सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोडहरू बीच आयनहरू सञ्चालन गर्न महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ, उच्च भोल्टेज र उच्च विशिष्ट ऊर्जा जस्ता यसको फाइदाहरू सुनिश्चित गर्दै। इलेक्ट्रोलाइटहरू सामान्यतया विशिष्ट परिस्थितिहरूमा र उच्च - शुद्धता जैविक विलायक, लिथियम लवण, र आवश्यक additives बाट विशेष अनुपातमा तयार हुन्छन्। जबकि इलेक्ट्रोड सामग्रीले ब्याट्रीको ऊर्जा घनत्व निर्धारण गर्दछ, इलेक्ट्रोलाइटले मौलिक रूपमा यसको चक्र जीवन, उच्च र कम तापमान प्रदर्शन, र सुरक्षा निर्धारण गर्दछ। इलेक्ट्रोलाइट को आधारभूत संरचना अपेक्षाकृत अपरिवर्तित रहन्छ; नवाचार मुख्यतया उपन्यास लिथियम लवण र additives को विकास मा निहित छ, साथ साथै इन्टरफेसियल रासायनिक प्रक्रियाहरु र लिथियम आयन ब्याट्रीहरु मा संलग्न संयन्त्र को गहिरो समझ।

त्यहाँ धेरै प्रकारका लिथियम लवणहरू छन्, चित्र 7-५ मा देखाइए अनुसार, तर व्यावसायिक रूपमा उपलब्ध लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूमा धेरै थोरै प्रयोग गरिन्छ। एक आदर्श लिथियम नुन निम्न गुणहरू हुनुपर्छ:

1) कम एसोसिएशन डिग्री, कार्बनिक सॉल्भेन्टहरूमा सजिलै घुलनशील, इलेक्ट्रोलाइटको उच्च आयनिक चालकता सुनिश्चित गर्दै।

2) एन्टिअक्सिडेन्ट र कमी प्रतिरोध संग एनियंस; घटाउने उत्पादनहरूले स्थिर, कम{1}} प्रतिरोधात्मक SEI फिल्मको निर्माणलाई सहज बनाउँछ।

3) राम्रो रासायनिक स्थिरता, इलेक्ट्रोड सामग्री, इलेक्ट्रोलाइट्स, वा विभाजक संग हानिकारक साइड प्रतिक्रिया को कारण बिना।

४) सरल तयारी प्रक्रिया, कम लागत, गैर-विषाक्त र प्रदूषण-मुक्त।

LiPF6 सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने लिथियम नुन हो। जबकि यसको व्यक्तिगत गुणहरू यसको सबैभन्दा उत्कृष्ट छैनन्, यसले कार्बोनेट मिश्रित विलायक इलेक्ट्रोलाइटहरूमा अपेक्षाकृत इष्टतम समग्र प्रदर्शन प्रदर्शन गर्दछ। LiPF6 का निम्न मुख्य फाइदाहरू छन्:

1) उपयुक्त घुलनशीलता र गैर-जलीय विलायकहरूमा उच्च आयनिक चालकता।

2) यसले एल्युमिनियम पन्नी वर्तमान कलेक्टरहरूको सतहमा स्थिर निष्क्रियता फिल्म बनाउन सक्छ।

3) यसले ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड सतहमा कार्बोनेट सॉल्भेन्ट्सको साथ एक स्थिर SEI फिल्म बनाउँछ।

यद्यपि, LiPF6 मा कमजोर थर्मल स्थिरता छ र विघटन प्रतिक्रियाहरूको लागि खतरा छ। उप-उत्पादनहरूले इलेक्ट्रोड सतहमा SEI फिल्मलाई क्षति पुर्‍याउन सक्छ, सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय कम्पोनेन्टहरू भंग गर्न सक्छ, र साइकल चलाउँदा क्षमता क्षय हुन सक्छ।

LiBF पनि सामान्यतया प्रयोग हुने लिथियम नुन additive हो। LiPF6 को तुलनामा, LiBF सँग फराकिलो अपरेटिङ तापमान दायरा, राम्रो उच्च-तापमान स्थिरता, र उच्च न्यून-तापमान प्रदर्शन छ। LiBF सँग उच्च चालकता, फराकिलो इलेक्ट्रोकेमिकल विन्डो, र राम्रो थर्मल स्थिरता छ। यसको सबैभन्दा ठूलो फाइदा यसको फिल्म-बनाउने गुणहरूमा निहित छ, किनकि यसले SEI फिल्मको निर्माणमा प्रत्यक्ष रूपमा भाग लिन सक्छ।

संरचनात्मक रूपमा, LiDFOB LiBOB र LiBF को आधा-अणुहरू मिलेर बनेको छ, राम्रो फिल्मको फाइदाहरू-LiBOB को गुणहरू र LiBF4 को राम्रो कम तापमान प्रदर्शनको संयोजन। LiBOB सँग तुलना गर्दा, LiDFOB ले रैखिक कार्बोनेट सॉल्भेन्ट्स र उच्च इलेक्ट्रोलाइट चालकतामा उच्च घुलनशीलता छ। यसको उच्च-तापमान र कम-तापमान प्रदर्शन LiPF4 भन्दा राम्रो छ, र यसले ब्याट्री क्याथोडसँग राम्रो अनुकूलता छ, एल्युमिनियम पन्नी सतहमा एक निष्क्रिय फिल्म बनाउँछ र इलेक्ट्रोलाइट अक्सीकरणलाई रोक्छ।

LiTFSI संरचनामा CF₃SO₂ समूहहरूमा बलियो इलेक्ट्रोन- निकाल्ने प्रभाव छ, जसले नकारात्मक चार्जको डिलोकलाइजेशनलाई बढाउँछ र आयन एसोसिएशन जोडीलाई कम गर्छ, परिणामस्वरूप नुनको उच्च घुलनशीलता हुन्छ। यसबाहेक, LiTFSI मा उच्च विद्युतीय चालकता, उच्च थर्मल अपघटन तापमान छ, र सजिलै हाइड्रोलाइज गरिएको छैन; यद्यपि, यसले 3.7V माथिको भोल्टेजहरूमा एल्युमिनियम वर्तमान कलेक्टरहरूलाई गम्भीर रूपमा क्षरण गर्नेछ।

LiFSI अणुमा फ्लोरिन परमाणुहरूमा बलियो इलेक्ट्रोन निकाल्ने गुणहरू छन्, जसले N मा नकारात्मक चार्जलाई डिलोकलाइज गर्छ, जसको परिणामस्वरूप कमजोर आयन एसोसिएशन र Li+ को सजिलो पृथक्करण हुन्छ, जसले गर्दा उच्च चालकता हुन्छ।

LiPO2F2 ले राम्रो कम-तापमान प्रदर्शन प्रदर्शन गर्छ र इलेक्ट्रोलाइटको उच्च-तापमान कार्यसम्पादनमा पनि सुधार गर्छ। एक additive को रूपमा, यसले नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतहमा LixPOyFz र LiF मा समृद्ध SEI फिल्म बनाउन सक्छ, जसले ब्याट्री इन्टरफेसियल प्रतिबाधा कम गर्न र ब्याट्री चक्र कार्यसम्पादन सुधार गर्न मद्दत गर्दछ। यद्यपि, LiPO2F2 पनि कम घुलनशीलताबाट ग्रस्त छ।

को मुख्य घटकतरल इलेक्ट्रोलाइटजैविक विलायक हो, जसले लिथियम लवणलाई भंग गर्छ र लिथियम आयनहरूको लागि वाहक प्रदान गर्दछ। लिथियम-आयन ब्याट्री इलेक्ट्रोलाइटको लागि एक आदर्श जैविक विलायकले निम्न सर्तहरू पूरा गर्न आवश्यक छ:

१) लिथियम लवणका लागि उच्च डाइलेक्ट्रिक स्थिर र बलियो विघटन क्षमता।

2) कम पग्लने बिन्दु र उच्च उम्लने बिन्दु, फराकिलो तापमान दायरा मा तरल अवस्था कायम राख्दै।

3) कम चिपचिपापन, लिथियम-आयन यातायातको सुविधा।

4) राम्रो रासायनिक स्थिरता, सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोड संरचना क्षति वा सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री भंग गर्दैन।

५) उच्च फ्ल्यास पोइन्ट, राम्रो सुरक्षा, कम लागत, गैर-विषाक्त र गैर-प्रदूषणकारी।

लिथियम-आयन ब्याट्री इलेक्ट्रोलाइटहरूमा प्रयोग हुने साधारण जैविक विलायकहरू मुख्यतया कार्बोनेट विलायक र जैविक ईथर विलायकहरूमा विभाजित हुन्छन्, चित्र 7-६ मा देखाइएको छ। उच्च प्रदर्शन लिथियम-आयन ब्याट्री इलेक्ट्रोलाइट प्राप्त गर्नको लागि, दुई वा बढी जैविक विलायकहरू समावेश भएको मिश्रित विलायक प्रयोग गरिन्छ, जसले तिनीहरूलाई एकअर्कालाई पूरक बनाउन र राम्रो समग्र प्रदर्शन प्राप्त गर्न अनुमति दिन्छ। साधारण कार्बोनेट विलायकहरूको भौतिक गुणहरू तालिका 7-1 मा देखाइएको छ।

तालिका 7-1 साझा कार्बोनेट विलायकहरूको भौतिक गुणहरू

जैविक ईथर विलायकहरूमा मुख्यतया 1,2-डाइमेथोक्साइप्रोपेन (DMP), डाइमेथोक्सिमेथेन (DMM), र इथिलीन ग्लाइकोल डाइमिथाइल ईथर (DME), र चक्रीय ईथरहरू जस्तै टेट्राहाइड्रोफुरान (THF) र 2--Tetrahydra-Meur (2{6}}) चेन ईथरहरू समावेश छन्। चेन ईथर सॉल्भेन्ट्सका लागि, कार्बन चेन जति लामो हुन्छ, रासायनिक स्थिरता त्यति नै राम्रो हुन्छ, तर उच्च चिपचिपाहट र लिथियम-आयन माइग्रेसन दर कम हुन्छ। इथिलीन ग्लाइकोल डाइमिथाइल ईथरले लिथियम हेक्साफ्लोरोफोस्फेटसँग तुलनात्मक रूपमा स्थिर चेलेट (LiPF6·DME) बनाउन सक्छ, जसले लिथियम लवणहरूको लागि बलियो घुलनशील शक्ति प्रदर्शन गर्दछ र उच्च इलेक्ट्रोलाइट चालकताको परिणाम दिन्छ। यद्यपि, DME मा खराब रासायनिक स्थिरता छ र नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीको सतहमा स्थिर प्यासिभेसन फिल्म बनाउन सक्दैन।

कार्बोनेट सॉल्भेन्ट्समा चक्रीय कार्बोनेटहरू जस्तै प्रोपाइलिन कार्बोनेट (PC) र इथिलीन कार्बोनेट (EC), र चेन कार्बोनेटहरू जस्तै डाइमेथाइल कार्बोनेट (DMC), डाइथाइल कार्बोनेट (DEC), र मिथाइल इथाइल कार्बोनेट (EMC) समावेश छन्। चक्रीय कार्बोनेटहरूमा उच्च डाइइलेक्ट्रिक स्थिरता हुन्छ, जसले लिथियम लवणहरूलाई थप घुलनशील बनाउँछ, तर तिनीहरूसँग उच्च चिपचिपापन पनि हुन्छ, जसको परिणामस्वरूप लिथियम-आयन माइग्रेसन दर कम हुन्छ। चेन कार्बोनेटहरूमा कम डाइइलेक्ट्रिक स्थिर र कमजोर लिथियम नुन घुलनशीलता हुन्छ, तर कम चिपचिपापन र राम्रो प्रवाह क्षमता, लिथियम-आयन माइग्रेसनलाई सहज बनाउँछ।

ज्वालाका प्रकारहरू-लिथियम-आयन इलेक्ट्रोलाइटहरूका लागि retardant additives चित्र 7-7 मा देखाइएको छ। थोरै मात्रामा प्रयोग हुने एडिटिभहरू, महत्त्वपूर्ण प्रभावहरू छन् र लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको कार्यसम्पादन सुधार गर्नको लागि किफायती र व्यावहारिक विधि हो। लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको इलेक्ट्रोलाइटमा additives को सानो खुराक थपेर, केही ब्याट्री प्रदर्शन विशेषताहरू विशेष रूपमा सुधार गर्न सकिन्छ, जस्तै उल्टो क्षमता, इलेक्ट्रोड/इलेक्ट्रोलाइट अनुकूलता, चक्र प्रदर्शन, दर प्रदर्शन, र सुरक्षा प्रदर्शन, लिथियम - आयन ब्याट्रीहरूमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्दै। एक आदर्श लिथियम-आयन ब्याट्री इलेक्ट्रोलाइट एडिटिभमा निम्न चार विशेषताहरू हुनुपर्छ:

1) कार्बनिक विलायक मा उच्च घुलनशीलता।

2) सानो रकमले एक वा बढी कार्यसम्पादन विशेषताहरूलाई उल्लेखनीय रूपमा सुधार गर्न सक्छ।

3) ब्याट्री कार्यसम्पादनलाई असर गर्ने अन्य ब्याट्री घटकहरूसँग कुनै हानिकारक साइड प्रतिक्रियाहरू छैनन्।

४) कम लागत, गैर-विषाक्त वा कम विषाक्तता।

तिनीहरूको प्रकार्यको आधारमा, additives लाई प्रवाहकीय additives, overcharge सुरक्षा additives, flame retardant additives, SEI Film- forming additives, क्याथोड सामग्री संरक्षण, LiPF6 स्टेबिलाइजर, र अन्य कार्यात्मक additives मा वर्गीकृत गर्न सकिन्छ।

प्रवाहकीय additives ले इलेक्ट्रोलाइट आयनहरूसँग समन्वय गरेर, लिथियम नुन विघटनलाई बढाएर, र इलेक्ट्रोलाइट चालकता बढाएर लिथियम- आयन ब्याट्रीहरूको दर प्रदर्शनमा सुधार गर्छ। किनभने प्रवाहकीय additives समन्वय प्रतिक्रियाहरू मार्फत काम गर्दछ, तिनीहरूलाई ligand additives पनि भनिन्छ, र अन्तरक्रियात्मक आयनको आधारमा anionic ligands, cationic ligands, र neutral ligands मा वर्गीकृत गरिन्छ।

ओभरचार्ज सुरक्षा additives ओभरचार्ज सुरक्षा प्रदान गर्दछ वा ओभरचार्ज सहिष्णुता बढाउँछ। तिनीहरू कार्यात्मक रूपमा redox additives र monomer additives मा वर्गीकृत छन्। हाल, redox additives मुख्यतया एनिसोल श्रृंखला हो, जसमा उच्च रेडक्स क्षमता र राम्रो घुलनशीलता छ। मोनोमर एडिटिभहरूले उच्च भोल्टेज अन्तर्गत पोलिमराइजेशन प्रतिक्रियाहरू पार गर्दछ, ग्यासहरू छोड्छ, र पोलिमरले क्याथोड सामग्रीको सतहलाई चार्ज गर्दछ, चार्जमा अवरोध गर्दछ। मोनोमर additives मा मुख्यतया xylene र phenylcyclohexane जस्ता सुगन्धित यौगिकहरू समावेश छन्।

ज्वाला retardant additives इलेक्ट्रोलाइट को इग्निशन बिन्दु बढाएर वा दहन रोक्छ मुक्त कट्टरपन्थी चेन प्रतिक्रिया समाप्त गरेर कार्य गर्दछ। तिनीहरूका प्रकारहरू चित्र 7-8 मा देखाइएको छ। ज्वाला retardants थप्नु इलेक्ट्रोलाइट को ज्वलनशीलता कम गर्न, लिथियम-आयन ब्याट्री को सञ्चालन तापमान दायरा फराकिलो, र तिनीहरूको प्रदर्शन सुधार गर्न को लागी एक महत्वपूर्ण तरिका हो। ज्वाला retardant additives को कार्य को संयन्त्र मुख्यतया दुई गुणा छन्:

1) ग्यास चरण र गाढा चरण बीच एक इन्सुलेट तह सिर्जना गरेर, तिनीहरू दुवै गाढा र ग्यास चरणहरूमा दहन रोक्छन्।

2) तिनीहरूले दहन प्रतिक्रिया प्रक्रियाको क्रममा फ्री रेडिकलहरू कब्जा गर्छन्, फ्री रेडिकल चेन प्रतिक्रियालाई समाप्त गर्दै जसले ग्याँस चरणहरू बीचको दहन प्रतिक्रियाहरूलाई रोक्छ।