A lítium{0}}ion akkumulátor elektrolit jelentése?

◆Mik azok a vizes elektrolitok?

◆Bevezetés a szilárd elektrolitokba

Az elektrolit, nélkülözhetetlen összetevőjelítium{0}}ion akkumulátorok, döntő szerepet játszik az akkumulátor töltési{0}}kisütési ciklusában.

Nemcsak a lítium-ionok hatékony szállításáért és az áramvezetésért felelős, hanem elektronikus szigetelő tulajdonságokkal is rendelkezik, amelyek hatékonyan megakadályozzák a közvetlen elektronáramlást a pozitív és negatív elektródák között. Képletesen szólva, az elektrolit olyan, mint a „vér” a lítium-ion akkumulátorban, amely biztosítja a pozitív és negatív elektróda anyagok közötti kapcsolatot, ezáltal garantálja a teljes töltési-kisülési folyamat zökkenőmentes lefolyását.

A lítium-{0}}ion akkumulátorok ideális elektrolitjának meg kell felelnie a következő öt követelménynek:

Az akkumulátor energiasűrűségére és teljesítménysűrűségére vonatkozó folyamatosan-növekvő igények mellett az akkumulátortechnológia gyorsan fejlődik, és az elektródaanyagok óriási fejlődést értek el. Ezzel szemben az elektrolitrendszerek fejlesztése elmaradt. Jelenleg a lítium-ion akkumulátor-elektrolitok fejlesztése három típusba sorolható: nem-vizes oldószeres elektrolitok, vizes elektrolitok és szilárdtest{5}}elektrolitok.

Nem{0}}vizes oldószeres elektrolit

 

A lítium-ion akkumulátorokban lévő nem-vizes oldószeres elektrolitok olyan elektrolitrendszereket jelentenek, amelyek nem tartalmaznak vizet, főként oldószerekből, oldott anyagokból (általában lítium-sókból) és adalékanyagokból állnak. Ezek a nem-vizes oldószerek jellemzően szerves oldószerek, nem pedig vizes oldószerek, hogy elkerüljék a víz elektrolízisét vagy az elektród anyagokkal való káros reakciókat. A lítium-sók a lítium--iontranszport elsődleges hordozói, az oldószerek a lítium-sók feloldására, diszperziójára és támogatására szolgálnak, az adalékanyagok pedig elsősorban a lítium--ion akkumulátorok elektrokémiai teljesítményének vagy biztonságának javítására szolgálnak.

A lítium-ion akkumulátorokban használt, kereskedelemben kapható elektrolitok (azaz folyékony elektrolitok) elsősorban egy vagy több lítium sóból állnak, két vagy több szerves oldószerben oldva; az egyetlen oldószerből álló elektrolitok nagyon ritkák. A több oldószer használatának oka, hogy a valós-akkumulátorok eltérő, sőt egymásnak ellentmondó követelményeket támasztanak, amelyeket egyetlen oldószer használatával nehéz teljesíteni. Például az elektrolitok nagy folyékonyságot igényelhetnek, miközben nagy a dielektromos állandójuk is; ezért a különböző fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkező oldószereket gyakran kombinációban alkalmazzák, amelyek egyidejűleg eltérő tulajdonságokat mutatnak. Ezenkívül a lítium-sókat általában nem használják egyidejűleg, mivel a lítium-sók kiválasztása korlátozott, és előnyeik nem nyilvánvalóak.

Az ideális szerves oldószereknek a következő kulcsfontosságú tulajdonságokkal kell rendelkezniük: Először is nagy dielektromos állandóra van szükségük, hogy biztosítsák a lítium-sók jó oldódását; másodszor, alacsony olvadásponttal és magas forrásponttal kell rendelkezniük, hogy kiszélesítsék az elektrolit működési hőmérséklet-tartományát; harmadszor, az alacsony viszkozitás elősegíti a lítium-ionok hatékony migrációját a közegben; és végül ezeknek az oldószereknek olcsónak és alacsony toxicitásúaknak kell lenniük (ideális esetben nem-toxikusak). A karbonátvegyületek, mint az egyik legkorábbi és legszélesebb körben használt szerves oldószer a lítium-ion akkumulátoriparban, döntő szerepet töltenek be az akkumulátor-elektrolitok területén.

Jelenleg az ilyen típusú oldószerek főként két szerkezeti formát foglalnak magukban: ciklikus és láncos. Az alábbi táblázat összefoglalja számos gyakran használt nem-vizes oldószer, elektrolit és szerves oldószer releváns fizikai paramétereit.

Jelenleg az alkil-karbonát oldószereket széles körben használják elektrolitokban. Ezek az oldószerek jó oxidációs ellenállással rendelkeznek, és kiváló stabilitást mutatnak nagyfeszültségű körülmények között. A ciklikus karbonátok, például az etilén-karbonát és a propilén-karbonát magas dielektromos állandójukról ismertek, ami azt jelenti, hogy hatékonyabban oldják a lítium-sókat; azonban az erős intermolekuláris erők miatt ezek az oldószerek nagy viszkozitásúak, ami lelassítja a lítium-ionok mozgását bennük. Ezzel szemben a lánc-karbonátok, például a dimetil-karbonát és a dietil-karbonát, bár alacsonyabb viszkozitásúak, viszonylag alacsony dielektromos állandókkal is rendelkeznek, ami viszonylag gyenge oldódási hatékonyságot eredményez a lítium-sók esetében. Ezért a kiváló ionvezetőképességű oldatrendszerek elkészítéséhez gyakran különböző típusú oldószereket kevernek össze, például PC+DEC vagy EC+DMC kombinációkat. A lítium-sók, mint az elektrolitban található lítium-ionok forrása, nagy szerepet játszanak a lítium-ion-szállításban a lítium-ion akkumulátorok töltési és kisütési folyamata során. Teljesítményük közvetlenül befolyásolja a lítium{10}}akkumulátorok számos szempontját, beleértve az energiasűrűséget, a teljesítménysűrűséget, az üzemi feszültségtartományt, a ciklus élettartamát és a biztonságot. Jelenleg a laboratóriumi kutatásokban és az ipari gyakorlatban jellemzően nagy anionos sugarú és nagy redoxstabilitású lítiumsókat választanak ki. Kémiai összetételük alapján a lítium sók nagy vonalakban két kategóriába sorolhatók: szervetlen lítiumsók és szerves lítiumsók. Számos szervetlen lítium sót fejlesztettek ki, köztük a LiPF6, LiClO4, LIBF és LIASF. Ezzel szemben a lítium-ion akkumulátorokban általánosan használt szerves lítium sókat úgy állítják elő, hogy ezeknek a szervetlen lítium sóknak az anionjaihoz elektronszívó csoportokat adnak, például lítium-dioxaláto-borátot (LiBOB), lítium-difluoroxalátot-ODFlimátot (lítium-hilium-borátot). (LiFSI) és lítium-ditrifluormetil-szulfonil-imidet (LTFSI). Az alábbi táblázat a lítium-ion akkumulátorokban gyakran használt lítium-sók vonatkozó fizikai-kémiai tulajdonságait mutatja be.

Az adalékok olyan anyagok, amelyeket alacsony koncentrációban (általában legfeljebb 10 tömegszázalékban) adnak az elektrolithoz, amelyek meghatározott funkciót töltenek be, és jelentősen javíthatják az akkumulátor elektrokémiai jellemzőit. Funkcióik alapján ezek az adalékanyagok nagyjából több kategóriába sorolhatók: film-képző adalékok, égésgátlók és túltöltést megakadályozó adalékok. Ezenkívül vannak olyan adalékanyagok, amelyek javítják a vezetőképességet, optimalizálják a teljesítményt alacsony-hőmérsékletű körülmények között, vagy szabályozzák a nyomnyi mennyiséget és a HF-koncentrációt az elektrolitoldatban.