Wie wandern Lithiumionen in organischen Elektrolyten?

Organischer Elektrolyt

Wie in 1 gezeigt, wirkt der Elektrolyt als Träger innerhalb der Lithiumbatterie, der einen Transportweg für den Ionentransport zwischen dem positiven und dem negativen Material bereitstellt. Am Beispiel des Ladevorgangs wird Li + aus dem positiven aktiven Material entfernt und die Li + -Konzentration auf der Oberfläche der Festphasenteilchen der positiven Elektrode verringert, so dass ein Konzentrationsunterschied zwischen der Innenseite und der Oberfläche von auftritt das Teilchen, so dass das Li + Teilchen erzeugt, die von innen nach außen diffundieren. Gleichzeitig tritt Li +, das durch elektrochemische Reaktion auf der Oberfläche der Partikel erzeugt wird, in den Elektrolyten ein, und die lokale Konzentration des Grenzflächenbereichs in der Lösungsphase wird erhöht, was einen Konzentrationsunterschied innerhalb der Lösungsphase verursacht, was zu Diffusion und Migration führt von Li + von innen nach außen. Im negativen Elektrodenbereich wird, da die negativen Elektrodenpartikel elektrochemisch mit Li + im Elektrolyten reagieren, Li + in der Lösungsphase verbraucht und die Li + -Konzentration in der Lösungsphase verringert, was zu einem Konzentrationsunterschied führt, der zur Erzeugung von führt Li + in der Lösungsphase von außen nach innen Diffusion und Migration.

Gleichzeitig findet auf der Oberfläche der negativen Elektrodenpartikel eine elektrochemische Reaktion statt, und Li + wird interkaliert, um einen Konzentrationsunterschied innerhalb der Partikel zu verursachen, wodurch Li + von außen nach innen diffundiert. Am Separator verursacht Li + in diesem Bereich aufgrund des Konzentrationsunterschieds, der durch die positiven und negativen Elektroden verursacht wird, eine Diffusion und Migration von der positiven Elektrode zur negativen Elektrode, und der Entladungsprozess ist dem obigen Prozess entgegengesetzt. Aus dem obigen Verfahren ist ersichtlich, dass der normale und effiziente Betrieb der Lithiumbatterie hauptsächlich durch die Migration von Lithiumionen innerhalb der Batterie bestimmt wird. Die Migration von Lithiumionen wird durch die Eigenschaften des Elektrolyten eingeschränkt, und die Eigenschaften des Elektrolyten werden hauptsächlich durch die folgenden Faktoren beeinflusst.

Lithiumsalzauflösung

Der Elektrolyt besteht aus einem gelösten Stoff und einem Lösungsmittel. Der gelöste Stoff wird im Allgemeinen aus einer Flüssigkeit einer Kombination mehrerer organischer Lösungsmittel ausgewählt. Wenn LiPF6 in dem Lösungsmittel gelöst wird, werden Lithiumionen und negative PF6-Ionen gebildet. Die Auflösung des Lithiumsalzes hängt eng mit der Dielektrizitätskonstante des Lösungsmittels zusammen. Je größer die Dielektrizitätskonstante ist, desto stärker ist die Löslichkeit des Lithiumsalzes. Wenn Lithiumionen vollständig von Lösungsmittelmolekülen umgeben sind, wird die Wirkung negativer Ionen auf Lithiumionen abgeschwächt, was zu einer sogenannten Auflösung führt. Bei Lithiumsalzen ist die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten und seine eigene Auflösung umso besser, je größer das Anion ist. Je größer das Anion ist, desto leichter ist es, seine negative Ladung zu dispergieren und die Paarung von Kationen zu verhindern.

2. Elektrolytviskosität

Die Viskosität des Elektrolyten hat einen wichtigen Einfluss auf die Bewegung der Ionen. Je niedriger die Viskosität, desto günstiger ist die Bewegung der Ionen.

Wie oben beschrieben, werden Lithiumionen unter dem Einfluss der Auflösung und Viskosität der Elektrodenflüssigkeit transportiert und übertragen. In Formel 1 ist t + die Anzahl der Transporte, i + und i- repräsentieren den durch das Kation bzw. das Anion gebildeten Strom, es repräsentiert den Gesamtstrom, u ± repräsentiert die Mobilität des Anions und des Kations und D ± repräsentiert die Diffusionskoeffizient des Anions und des Kations.

Tatsächlich hängt der Ionenwiderstand nicht nur mit Anion und Kation zusammen, sondern auch mit dem Lösungsmittel. Die Anzahl der Ionenwanderungen kann durch Gleichung 2 ausgedrückt werden:

Unter ihnen TLi ++ die Anzahl der Lithium - Ionen - Migration darstellt, Δ V ist die Polarisationsspannung, I (∞) ist der stationäre Strom nach der Polarisation und Rb und Rct ist der Volumenwiderstand und den Ladungsübertragungswiderstand.

Es ist schwierig, dass der Elektrolyt des einphasigen Lösungsmittelsystems sowohl eine hohe Leitfähigkeit als auch eine niedrige Viskosität aufweist. Daher wird das üblicherweise verwendete Elektrolytlösungsmittel durch eine Vielzahl von Lösungsmitteln formuliert, wie beispielsweise einen binären Elektrolyten. (Lithiumsalz) + (1-w) (Lösungsmittel A) + w (Lösungsmittel B), die Lithiumsalz-m-Einheit ist im Allgemeinen eine molare Konzentration, mol / kg, und w ist der Massenanteil des Lösungsmittels. Für Einheitselektrolyte gibt es keine zuverlässige Theorie zur Vorhersage der Viskosität und Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten. Jones-Dole (JD) und Debye-Hückel-Onsager (DHO) haben zwei empirische Formeln vorgeschlagen, Gleichung 3 und Gleichung 4.

Wobei μr die relative Viskosität ist, μ die Lösungsviskosität ist, μ0 die reine Lösungsmittelviskosität ist, C die Lithiumsalzkonzentration ist, A, B und D Koeffizienten sind, Λ die molare Leitfähigkeit ist und Λ0 die molare Leitfähigkeit in der unendlicher Verdünnungszustand. S ist ein Parameter, der von den physikalischen Eigenschaften des Lösungsmittels und den Eigenschaften des Elektrolyten beeinflusst wird, und C ist die Konzentration des gelösten Stoffes. Wenn sich die Art des Lithiumsalzes und des Lösungsmittels ändert, muss auch die empirische Formel geändert werden. Für gemischte Systemelektrolyte ist die Formel komplizierter.

Wenn ein neuer Mehrkomponenten-Elektrolyt konfiguriert wird, muss daher die Leistung des Elektrolyten getestet werden, um bestimmt zu werden, und die Vorschätzung kann nicht durchgeführt werden. Obwohl die Ionenleitfähigkeit einen großen Einfluss auf die Batterieleistung hat, sind auch andere Faktoren wie die Bildung und Leistung von SEI sehr kritische Faktoren, und Stabilität, Toxizität und dergleichen des Elektrolyten bei hoher Vergrößerung sollten ebenfalls berücksichtigt werden. Kurz gesagt, alle Faktoren, die mit der tatsächlichen Produktionsanwendung zusammenhängen, sollten berücksichtigt werden, bevor die Ionenleitfähigkeitsparameter berücksichtigt werden

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