Klassifizierung von Lithiumbatterie-Elektrolyten

Die Rolle von Elektrolyten in Lithium-Ionen-Batterien entspricht der Bedeutung von Blut für den menschlichen Körper. Es ist das Medium, durch das sich Lithiumionen in Lithium-Ionen-Batterien zwischen positiven und negativen Polen bewegen können. Ohne sie wird es keinen Elektronenfluss geben und es wird keine solchen Batterien geben. Die Existenz seiner Bedeutung ist daher selbstverständlich. Die Analyse der Eigenschaften der Elektrolytflüssigkeit wurde im vorherigen Artikel erläutert.

Elektrolytflüssigkeit spielt eine Ladungsrolle zwischen positiven und negativen Polen und sollte Elektrizität zu Ionen leiten und Elektronen isolieren. Dies hat einen sehr wichtigen Einfluss auf die Leistung des Batteriezyklus, den Betriebstemperaturbereich und die Lebensdauer der Batterie. Bei Lithium-Ionen-Batterien umfasst die Zusammensetzung des Elektrolyten mindestens zwei Aspekte: Lösungsmittel und Lithiumsalze.

A. Flüssige Elektrolyte

Die Wahl des Lösungsmittels basiert hauptsächlich auf den Eigenschaftsanforderungen von drei Aspekten, nämlich der Dielektrizitätskonstante, der Viskosität und den elektronischen Donoreigenschaften des Lösungsmittels. Im Allgemeinen ist die hohe Dielektrizitätskonstante der Dissoziation von Lithiumsalzen förderlich, während die starke Elektronendonorfähigkeit der Auflösung von elektrolytischen flüssigen Salzen förderlich ist. Die Elektronendonoreigenschaft des sogenannten Lösungsmittels ist die inhärente Elektronenverlustfähigkeit des Lösungsmittelmoleküls, und seine Kapazität bestimmt den Grad der Lösungsmittelkapazität von elektrolytischen flüssigen Ionen. Eine niedrige Viskosität kann die Ionenfluidität erhöhen und die Leitfähigkeit erhöhen.

Gegenwärtig werden normalerweise zwei oder mehr Lösungsmittel in binäre und multivariate gemischte Lösungsmittel gemischt. Übliche organische Lösungsmittel umfassen Ether, Alkylcarbonat, Lacton, Ketal und dergleichen.

Lithiumsalze werden hauptsächlich verwendet, um wirksame Träger bereitzustellen. Die Auswahl der Lithiumsalze erfolgt im Allgemeinen nach folgenden Grundsätzen:

Gute Stabilität (Verträglichkeit) mit positiven und negativen polaren Materialien, dh während der Lagerzeit ist die elektrochemische Reaktion zwischen Elektrolyt und Wirkstoff gering, so dass der Verlust der Selbstentladungskapazität der Batterie minimiert wird; Höher als die Leitfähigkeit ist der ohmsche Druckabfall der Lösung gering; Hohe Sicherheit, ungiftig, umweltfreundlich.

Üblicherweise verwendete Lithiumsalze sind: Lithiumhexafluorarsenat (LiPF6), LIAsF6 setzt beim Laden und Entladen giftiges Arsenid frei und der Preis ist relativ teuer. Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6), das in kommerziellen Batterien weit verbreitet ist, weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine gute Verträglichkeit mit Kohlenstoffmaterialien auf. Der Nachteil ist, dass der Preis relativ teuer ist, die Stabilität im festen Zustand schlecht ist und es sehr empfindlich gegenüber Wasser ist. Lithiumtrifluormethansulfonat LiCF3SO2 weist eine gute Stabilität auf, aber seine Leitfähigkeit ist nur halb so hoch wie die eines flüssigen Elektrolyten auf LiPF6-Basis. Lithiumtetrafluorborat (LiBF4) und Lithiumperchlorat (LiCl04) sind weit verbreitete Salze. Lithiumimidid auf Lithiumlithiumperchloratbasis, typischerweise Lithiumbisfluorsulfonimid (LiN (CF3SO2) 2, hat jedoch eine Leitfähigkeit, die mit der eines sehr trockenen LiPF6-Elektrolyten vergleichbar ist, und eine Stabilität, die die von FLiCF3SO2 übersteigt.

B. Festelektrolyte

Festelektrolyt, auch als "superionischer Leiter" oder "schneller Ionenleiter" bekannt. Es bezieht sich auf eine Klasse fester ionisch leitender Materialien, deren Ionenleitfähigkeit sich der Schmelz- und Elektrolytlösung nähert (oder diese in einigen Fällen übersteigt). Es ist eine Art seltsames festes Material zwischen fest und flüssig. Es ist ein abnormaler Zustand der Materie. Einige Atome (Ionen) sind flüssigkeitsnah beweglich, während andere Atome ihre räumliche Struktur (Anordnung) beibehalten. Diese flüssig-feste Zweiphaseneigenschaft sowie ihre breiten Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen wie Energie (einschließlich Produktion, Speicherung und Energieeinsparung), Metallurgie, Umweltschutz und elektrochemische Geräte haben Physiker und Chemiker verursacht. Und die große Aufmerksamkeit des Materialisten.

Polymer-Festelektrolyt ist ein Festelektrolytmaterial, das durch die Kombination von Polymer und Salz mit löslichen polaren Gruppen gebildet wird. Es zeigt nicht nur die Eigenschaften üblicher leitender Systeme wie Halbleiter und ionischer Lösungen, sondern weist auch eine Plastizität auf, die in anorganischen Festelektrolyten nicht verfügbar ist. Aufgrund dieser Eigenschaft zeigen Polymerfestelektrolyte drei Hauptvorteile bei der Anwendung:

Film jeder Form und Dicke. Obwohl die Leitfähigkeit des Polymerelektrolyten bei Raumtemperatur nicht hoch ist, ist sie daher um 2-3 Größenordnungen niedriger als die anorganische, und der Innenwiderstand der Batterie wird aufgrund der Verarbeitung zu einem sehr dünnen Film stark verringert, so dass Die Leitfähigkeit kann durch Erhöhen des Flächen / Dicken-Verhältnisses kompensiert werden. Niedrig; Dichtheit - vollständiger Kontakt mit der Elektrode, so dass der Lade- und Entladestrom zunimmt; sollte - im Lade- und Entladevorgang den Druckänderungen gut standhalten können, um sich an Änderungen des Elektrodenvolumens anzupassen. Der Polymer-Festelektrolyt hat eine breitere Perspektive für seine Anwendung in Bezug auf geringes Gewicht, Druckbeständigkeit, Stoßfestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Nichttoxizität, Nichtkorrosion und elektrochemische Stabilität in Kombination mit Elektroden. Gegenwärtig arbeiten Wissenschaftler im In- und Ausland hart daran, es für energiespeicher, elektrochemische Komponenten, Sensoren und andere Aspekte der Forschung anwendbar zu machen, und sind zum stärksten Konkurrenten bei der Entwicklung von Hochenergie-lithiumbatterien geworden.

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