Éléktrolit, komponén indispensable tinabatré litium{0}}ion, muterkeun hiji peran krusial dina ngeusi batre urang -siklus ngurangan.
Éta henteu ngan tanggung jawab pikeun transportasi efisien ion litium sareng konduksi arus, tapi ogé gaduh sipat insulasi éléktronik pikeun sacara efektif nyegah aliran éléktron langsung antara éléktroda positip sareng négatip. Sacara kiasan, éléktrolit téh kawas "getih" di jero batré-ion litium, mastikeun konektipitas antara bahan éléktroda positip jeung négatif, ku kituna ngajamin kalancaran sakabéh prosés muatan-muatan.
Éléktrolit idéal pikeun batré -ion litium kedah nyumponan lima sarat ieu:
(1) High ionic conductivity (>10⁻3S/cm).
(2) Wide electrochemical window (>4,5 V vs Li+/Li).
(3) kasaluyuan alus kalawan éléktroda, ngajaga lalawanan panganteur panghandapna mungkin.
(4) stabilitas termal jeung kimia alus teuing, sangkan batréna beroperasi aman dina rentang hawa lega.
(5) béaya rendah, karacunan rendah, sareng ramah lingkungan.
Kalayan-permintaan anu terus ningkat pikeun kapadetan énergi batré sareng kapadetan daya, téknologi batré ngembang pesat, sareng bahan éléktroda parantos kamajuan anu luar biasa. Sabalikna, pamekaran sistem éléktrolit parantos katinggaleun. Ayeuna, pamekaran éléktrolit batré-ion litium bisa sacara lega digolongkeun kana tilu jenis: éléktrolit non-leyur cai, éléktrolit cai, jeung éléktrolit kaayaan-padet.
Éléktrolit pangleyur non{0}}cair
Éléktrolit non-{0}}aqueous dina batré ion litium-ngarujuk kana sistem éléktrolit nu teu ngandung cai, utamana diwangun ku pangleyur, solutes (biasana uyah litium), jeung aditif. Pangleyur non{3}}air ieu biasana mangrupa pangleyur organik, tinimbang pangleyur cai, pikeun nyegah éléktrolisis cai atawa réaksi ngarugikeun jeung bahan éléktroda. Uyah litium mangrupikeun pamawa utami pikeun transpor ion litium-, pangleyur janten pangleyur, dispersi, sareng pangrojong pikeun uyah litium, sareng aditif utamina fungsina pikeun ningkatkeun kamampuan éléktrokimia atanapi kasalametan batré litium-.
Éléktrolit nu sadia komersil (nyaéta, éléktrolit cair) dipaké dina batré litium-ion utamana diwangun ku hiji atawa leuwih uyah litium nu leyur dina dua atawa leuwih pangleyur organik; éléktrolit diwangun ku hiji pangleyur tunggal pisan jarang. Alesan pikeun ngagunakeun sababaraha pangleyur nyaéta yén-aréa dunya nyata gaduh sarat anu béda, malah kontradiktif, anu hese dicumponan nganggo hiji pangleyur. Contona, éléktrolit bisa merlukeun fluidity tinggi bari ogé ngabogaan konstanta diéléktrik tinggi; kituna, pangleyur mibanda sipat physicochemical béda mindeng dipaké dina kombinasi, exhibiting ciri béda sakaligus. Saterusna, uyah litium umumna teu dipaké sakaligus sabab pilihan uyah litium kawates, sarta kaunggulan maranéhanana henteu gampang katempo.
Pangleyur organik idéal kedah mibanda sipat konci handap: Kahiji, maranéhna butuh konstanta diéléktrik tinggi pikeun mastikeun disolusi alus tina uyah litium; kadua, maranéhanana kudu boga titik lebur lemah sareng titik golak tinggi pikeun ngalegaan rentang suhu operasi éléktrolit nu; katilu, viskositas low mantuan ngamajukeun migrasi efisien ion litium dina medium; sarta pamungkas, pangleyur ieu kudu murah tur mibanda karacunan low (idealna non-toksik). Sanyawa karbonat, salaku salah sahiji pangleyur organik pangheubeulna jeung paling loba dipaké dina industri batré litium-ion, nempatan posisi krusial dina widang éléktrolit batré.
Ayeuna, jenis pangleyur ieu utamana ngawengku dua bentuk struktural: siklik jeung ranté. Tabél di handap nyimpulkeun parameter fisik anu relevan tina sababaraha pangleyur non{1}}air, éléktrolit, sareng pangleyur organik anu biasa dianggo.
| Kategori | Tipe | Struktur | Titik lebur (derajat) | Titik didih (derajat) | Tekanan Uap Individu (25 derajat) | Kapadetan Relatip (25 derajat )/(mPa·s) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Étiléna Karbonat (EC) | Siklik | 36.4 | 248 | 89,780 | 1,904 (40 derajat) | |
| Propilén Karbonat (PC) | Siklik | -48.4 | 242 | 64,920 | 2.53 | |
| Karbonat | Butilena Karbonat (BC) | Siklik | -54.0 | 240 | 53,000 | 3.20 |
| Dimétil Karbonat (DMC) | liniér | 4.6 | 91 | 3,107 | 0.59 | |
| Dietil Karbonat (DEC) | liniér | -74.3 | 126 | 2,805 | 0.75 | |
| Étil Métil Karbonat (EMC) | liniér | -53.0 | 110 | 2,958 | 0.65 |
Ayeuna, pangleyur alkil karbonat loba dipaké dina éléktrolit. Pangleyur ieu ngagaduhan résistansi oksidasi anu saé sareng nunjukkeun stabilitas anu saé dina kaayaan tegangan tinggi. Karbonat siklik, sapertos étiléna karbonat sareng propiléna karbonat, dipikanyaho ku konstanta diéléktrik anu luhur, hartosna tiasa ngabubarkeun uyah litium sacara langkung efektif; kumaha oge, alatan gaya antarmolekul kuat, pangleyur ieu mibanda viskositas tinggi, nu slows turun gerakan ion litium dina eta. Sabalikna, ranté karbonat, kayaning dimétil karbonat jeung dietil karbonat, bari mibanda viskositas handap, ogé mibanda konstanta diéléktrik rélatif low, hasilna efisiensi disolusi rélatif goréng pikeun uyah litium. Ku alatan éta, pikeun nyiapkeun sistem solusi kalawan konduktivitas ionik unggulan, tipena béda pangleyur mindeng dicampurkeun, kayaning PC + DEC atanapi EC + DMC kombinasi. Uyah litium, salaku sumber ion litium dina éléktrolit, maénkeun peran utama dina transpor ion litium -ion salila prosés ngecas jeung ngeusi batre litium-aréa. Kinerjana langsung mangaruhan seueur aspék batré litium{10}}, kalebet kapadetan énergi, kapadetan daya, rentang tegangan operasi, umur siklus, sareng kaamanan. Ayeuna, dina panalungtikan laboratorium sareng prakték industri, uyah litium kalayan radius anionik ageung sareng stabilitas rédoks anu luhur biasana dipilih. Dumasar kana komposisi kimiana, uyah litium sacara lega tiasa digolongkeun kana dua kategori: uyah litium anorganik sareng uyah litium organik. Sababaraha uyah litium anorganik parantos dikembangkeun, kalebet LiPF6, LiClO4, LIBF, sareng LIASF. Sabalikna, uyah litium organik anu biasa dipaké dina batré ion litium{17}}dirumuskeun ku cara nambahkeun gugus éléktron{18}}ka anion uyah litium anorganik ieu, kayaning litium dioxalato-borat (LiBOB), litium difluorooxalato-litium (LilimideBoroborat) (Fluorooksalato{20}}), litium ditrifluoromethylsulfonylimide (LTFSI).Tabel di handap nembongkeun sipat physicochemical relevan sababaraha uyah litium ilahar dipaké dina litium -batré ion.
| Kategori | Litium Uyah | Beurat Molekul (g/mol) | Leyur dina Karbonat? | Leyur dina Cai? | Konduktivitas Listrik (1 mol/L, EC/DMC, 20 derajat ) (mS/cm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Uyah Litium anorganik | LiPF₆ | 151.91 | Sumuhun | Sumuhun | 10.00 |
| LiBF₄ | 93.74 | Sumuhun | Sumuhun | 4.50 | |
| LiClO₄ | 106.40 | Sumuhun | Sumuhun | 9.00 | |
| Uyah Litium Organik | LiTFSI | 287.08 | Sumuhun | Sumuhun | 6.18 |
| LiFSI | 187.07 | Sumuhun | Sumuhun | 10.40 | |
| LiBOB | 193.79 | Sumuhun | Sumuhun | 0.65 |
Aditif nyaéta zat anu ditambahkeun kana éléktrolit dina konsentrasi handap (biasana henteu leuwih ti 10% massa) anu miboga pungsi husus sarta nyata bisa ngaronjatkeun ciri éléktrokimia batréna. Dumasar kana fungsina, aditif ieu sacara lega bisa digolongkeun kana sababaraha kategori: film-aditif ngabentuk, tahan seuneu, jeung aditif pikeun nyegah overcharging. Sajaba ti éta, aya aditif dipaké pikeun ningkatkeun konduktivitas, ngaoptimalkeun kinerja dina -kondisi suhu handap, atawa ngadalikeun jumlah renik jeung konsentrasi HF dina leyuran éléktrolit.