◆Pambuka kanggo Solid Elektrolit
Elektrolit, komponèn indispensable sakabaterei lithium-ion, nduweni peran wigati ing siklus pangisi daya baterei-.
Ora mung tanggung jawab kanggo transportasi ion lithium sing efisien lan konduksi arus, nanging uga nduweni sifat insulasi elektronik kanggo nyegah aliran elektron langsung ing antarane elektroda positif lan negatif. Secara kiasan, elektrolit kaya "getih" ing njero baterei lithium-ion, njamin konektivitas antarane bahan elektroda positif lan negatif, saengga njamin kelancaran proses muatan-kabeh.
Elektrolit becik kanggo baterei lithium-ion kudu nyukupi limang syarat ing ngisor iki:
(1) High ionic conductivity (>10⁻3S/cm).
(2) Wide electrochemical window (>4,5 V vs. Li+/Li).
(3) Kompatibilitas apik karo elektroda, njaga resistensi antarmuka sing paling murah.
(4) stabilitas termal lan kimia banget, mbisakake baterei kanggo operate aman liwat sawetara suhu sudhut.
(5) Biaya murah, keracunan murah, lan ramah lingkungan.
Kanthi-kebutuhan sing saya tambah akeh kanggo kapadhetan energi baterei lan kapadhetan daya, teknologi baterei berkembang kanthi cepet, lan bahan elektroda wis ngalami kemajuan sing luar biasa. Ing kontras, pangembangan sistem elektrolit wis ketinggalan. Saiki, pangembangan elektrolit baterei lithium-ion bisa digolongake dadi telung jinis: non-elektrolit pelarut banyu, elektrolit banyu, lan elektrolit kahanan padhet.
Non{0}}elektrolit pelarut banyu
Elektrolit non-aqueous solvent ing baterei lithium-ion nuduhake sistem elektrolit sing ora ngandhut banyu, utamané kasusun saka pelarut, solute (biasane uyah lithium), lan aditif. Pelarut non{3}}aqueous iki biasane pelarut organik, tinimbang pelarut banyu, kanggo ngindhari elektrolisis banyu utawa reaksi ala karo bahan elektroda. Uyah litium minangka pembawa utami kanggo transportasi ion litium -, pelarut minangka pembubaran, dispersi, lan dhukungan kanggo uyah litium, lan aditif utamane fungsi kanggo ningkatake kinerja elektrokimia utawa keamanan baterei litium-.
Elektrolit sing kasedhiya sacara komersial (yaiku, elektrolit cair) sing digunakake ing baterei lithium-utamane dumadi saka siji utawa luwih uyah litium sing larut ing loro utawa luwih pelarut organik; elektrolit sing kasusun saka pelarut tunggal arang banget. Alesan kanggo nggunakake macem-macem pelarut yaiku amarga-baterei donya nyata duwe syarat sing beda, malah kontradiktif, sing angel ditindakake nggunakake pelarut tunggal. Contone, elektrolit mbutuhake fluiditas dhuwur nalika uga nduweni konstanta dielektrik sing dhuwur; mulane, pelarut karo sifat physicochemical beda asring digunakake ing kombinasi, nuduhake karakteristik beda bebarengan. Salajengipun, uyah lithium umume ora digunakake bebarengan amarga pilihan saka uyah lithium diwatesi, lan kaluwihan ora gampang katon.
Pelarut organik sing becik kudu nduweni sifat kunci ing ngisor iki: Kaping pisanan, butuh konstanta dielektrik sing dhuwur kanggo mesthekake pembubaran uyah lithium sing apik; kapindho, padha kudu duwe titik leleh kurang lan titik didih dhuwur kanggo nggedhekake sawetara suhu operasi saka elektrolit; katelu, viskositas kurang mbantu ningkataké migrasi efisien ion lithium ing medium; lan pungkasane, pelarut iki kudu murah lan nduweni keracunan sing sithik (saenipun non-beracun). Senyawa karbonat, minangka salah sawijining pelarut organik sing paling wiwitan lan paling akeh digunakake ing industri baterei lithium-ion, nduweni posisi sing wigati ing bidang elektrolit baterei.
Saiki, jinis pelarut iki utamane kalebu rong wangun struktural: siklik lan rantai. Tabel ing ngisor iki ngringkes paramèter fisik sing relevan saka sawetara pelarut non{1}}air, elektrolit, lan pelarut organik sing umum digunakake.
| kategori | Jinis | Struktur | Titik lebur (derajat) | Titik didih (degree) | Tekanan Uap Individu (25 derajat) | Kapadhetan Relatif (25 derajat )/(mPa·s) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Etilena Karbonat (EC) | Siklik | 36.4 | 248 | 89,780 | 1.904 (40 derajat) | |
| Propilena Karbonat (PC) | Siklik | -48.4 | 242 | 64,920 | 2.53 | |
| Karbonat | Butilen Karbonat (BC) | Siklik | -54.0 | 240 | 53,000 | 3.20 |
| Dimetil Karbonat (DMC) | Linear | 4.6 | 91 | 3,107 | 0.59 | |
| Dietil Karbonat (DEC) | Linear | -74.3 | 126 | 2,805 | 0.75 | |
| Etil Metil Karbonat (EMC) | Linear | -53.0 | 110 | 2,958 | 0.65 |
Saiki, pelarut alkil karbonat akeh digunakake ing elektrolit. Pelarut iki nduweni resistensi oksidasi sing apik lan nduweni stabilitas sing apik ing kahanan tegangan dhuwur. Karbonat siklik, kayata etilena karbonat lan propilen karbonat, dikenal kanthi konstanta dielektrik sing dhuwur, tegese bisa mbubarake uyah litium kanthi luwih efektif; Nanging, amarga pasukan intermolecular kuwat, pelarut iki duwe viskositas dhuwur, kang slows mudhun gerakan ion litium ing. Ing kontras, karbonat rantai, kayata dimetil karbonat lan dietil karbonat, nalika nduweni viskositas sing luwih murah, uga nduweni konstanta dielektrik sing relatif kurang, nyebabake efisiensi disolusi sing relatif kurang kanggo uyah litium. Mula, kanggo nyiapake sistem solusi kanthi konduktivitas ion sing unggul, macem-macem jinis pelarut asring dicampur, kayata kombinasi PC + DEC utawa EC + DMC. Uyah litium, minangka sumber ion litium ing elektrolit, nduweni peran utama ing transportasi ion litium{7}}sajrone proses ngisi daya lan mbuwang baterei lithium-ion. Kinerja kasebut langsung mengaruhi akeh aspek baterei lithium{10}}, kalebu kapadhetan energi, kapadhetan daya, rentang voltase operasi, umur siklus, lan safety. Saiki, ing riset laboratorium lan praktik industri, uyah lithium kanthi radius anionik gedhe lan stabilitas redoks sing dhuwur biasane dipilih. Adhedhasar komposisi kimia, uyah lithium bisa dipérang dadi rong kategori: uyah litium anorganik lan uyah litium organik. Sawetara uyah lithium anorganik wis dikembangake, kalebu LiPF6, LiClO4, LIBF, lan LIASF. Ing kontras, uyah lithium organik sing umum digunakake ing baterei lithium{17}}diformulasikan kanthi nambahake gugus penarik elektron menyang anion saka uyah litium anorganik iki, kayata lithium dioxalato-borate (LiBOB), lithium difluorooxalato-litium (Li-Fluoroborat), lithium ditrifluoromethylsulfonylimide (LTFSI).Tabel ing ngisor iki nuduhake sifat fisikokimia sing cocog saka sawetara uyah lithium sing umum digunakake ing baterei lithium-ion.
| kategori | Lithium Salt | Bobot Molekul (g/mol) | Larut ing Karbonat? | Larut ing banyu? | Konduktivitas Listrik (1 mol/L, EC/DMC, 20 derajat ) (mS/cm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Garam Lithium Anorganik | LiPF₆ | 151.91 | ya wis | ya wis | 10.00 |
| LiBF₄ | 93.74 | ya wis | ya wis | 4.50 | |
| LiClO₄ | 106.40 | ya wis | ya wis | 9.00 | |
| Garam Lithium Organik | LiTFSI | 287.08 | ya wis | ya wis | 6.18 |
| LiFSI | 187.07 | ya wis | ya wis | 10.40 | |
| LiBOB | 193.79 | ya wis | ya wis | 0.65 |
Aditif minangka zat sing ditambahake ing elektrolit kanthi konsentrasi sing sithik (biasane ora luwih saka 10% kanthi massa) sing nduweni fungsi tartamtu lan bisa ningkatake karakteristik elektrokimia baterei kanthi signifikan. Adhedhasar fungsine, aditif iki bisa digolongake sacara umum dadi pirang-pirang kategori: -aditif pembentuk film, tahan api, lan aditif kanggo nyegah ngisi daya sing berlebihan. Kajaba iku, ana aditif sing digunakake kanggo nambah konduktivitas, ngoptimalake kinerja ing -kondisi suhu sing sithik, utawa ngontrol jumlah tilak lan konsentrasi HF ing larutan elektrolit.