Was sind die Klassifikationen von Lithiumbatterie-Elektrolyten?

Die Rolle des Elektrolyten in lithium-ionen-batterien entspricht der Bedeutung von Blut für den menschlichen Körper. Es ist das Medium, in dem sich Lithiumionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode hin und her bewegen. Ohne sie gibt es keinen Elektronenfluss. Da es keine solche Batterie gibt, ist ihre Bedeutung offensichtlich, und die Analyse der Elektrolyteigenschaften wird im Originalartikel erläutert.

Der Elektrolyt wirkt als Ladungstransfer zwischen der positiven und der negativen Elektrode und sollte elektrisch leitend zu Ionen und elektrisch isoliert sein. Dies hat einen sehr wichtigen Einfluss auf die Leistung des Batteriezyklus, den Betriebstemperaturbereich und die Batterielebensdauer. Bei Lithiumionenbatterien umfasst die Zusammensetzung des Elektrolyten mindestens zwei Aspekte: Lösungsmittel und Lithiumsalz.

A. Flüssiger Elektrolyt

Die Wahl des Lösungsmittels basiert hauptsächlich auf den Eigenschaften der drei Aspekte, nämlich der Dielektrizitätskonstante, der Viskosität und der Elektronendonor-Natur des Lösungsmittels. Im Allgemeinen erleichtert die hohe Dielektrizitätskonstante die Dissoziation des Lithiumsalzes, während die starke Elektronendonorkapazität die Auflösung des Elektrolytsalzes erleichtert. Die Elektronendonoreigenschaft des Lösungsmittels ist die dem Lösungsmittelmolekül innewohnende Elektronenentzugsfähigkeit, und ihre Fähigkeit bestimmt die Solvatationsfähigkeit des Elektrolytkations. Eine niedrige Viskosität erhöht die Beweglichkeit der Ionen und trägt zur Erhöhung der Leitfähigkeit bei.

Gegenwärtig wird üblicherweise ein binäres oder mehrkomponentiges gemischtes Lösungsmittel verwendet, in dem zwei oder mehr Lösungsmittel gemischt sind. Übliche organische Lösungsmittel sind Ether, Alkylcarbonate, Lactone, Ketale und dergleichen.

Lithiumsalze werden hauptsächlich verwendet, um wirksame Träger bereitzustellen. Die Wahl des Lithiumsalzes folgt im Allgemeinen den folgenden Prinzipien:

Gute Stabilität (Verträglichkeit) mit positiven und negativen Materialien, dh während der Lagerung ist die elektrochemische Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem Elektrolyten und dem aktiven Material gering, so dass der Verlust der Selbstentladungskapazität der Batterie minimiert wird; Die spezifische Leitfähigkeit ist höher. Der ohmsche Druckabfall der Lösung ist gering; Die Sicherheitsleistung ist hoch, ungiftig und 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. Festelektrolyt

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 Anwendungsaussichten in verschiedenen Bereichen wie Energie (einschließlich Produktion, Lagerung und Energieeinsparung), Metallurgie, Umweltschutz und elektrochemischen Geräten haben Physiker und Chemiker sowie die Materialisten in großem Umfang hervorgebracht Beachtung.

Der Polymerfestelektrolyt ist ein Festelektrolytmaterial, das durch Komplexieren eines Polymers, das eine lösliche polare Gruppe enthält, mit einem Salz gebildet wird. Zusätzlich zu den Eigenschaften üblicher Leitfähigkeitssysteme wie Halbleiter und ionischer Lösungen weist es auch eine Plastizität auf, die mit anorganischen Festelektrolyten nicht möglich ist. Diese Eigenschaft bewirkt, dass die Polymerfestelektrolyte drei Vorteile bei der Anwendung haben:

Filme jeglicher Form und Dicke sind daher, obwohl die Leitfähigkeit des Polymerelektrolyten bei Raumtemperatur nicht hoch ist, 2-3 Größenordnungen niedriger als die des anorganischen, und der Innenwiderstand der Batterie ist aufgrund der Verarbeitung in stark verringert ein sehr dünner Film, so dass die Leitfähigkeit durch Erhöhen des Flächen / Dicken-Verhältnisses gering kompensiert werden kann; 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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