Шта значи електролит литијум{0}јонске батерије?

◆Шта су водени електролити?

◆Увод у чврсте електролите

Електролит, незаменљива компоненталитијум{0}}јонске батерије, игра кључну улогу у циклусима пуњења{0}}пражњења батерије.

Не само да је одговоран за ефикасан транспорт литијум јона и провођење струје, већ поседује и електронска изолациона својства да ефикасно спречи директан проток електрона између позитивне и негативне електроде. Сликовито речено, електролит је као „крв“ унутар литијум{1}}јонске батерије, обезбеђујући повезаност између материјала позитивне и негативне електроде, чиме се гарантује несметан напредак целог процеса{2}}пражњења.

Идеалан електролит за литијум{0}}јонску батерију треба да испуни следећих пет захтева:

Уз све-веће захтеве за густином енергије батерије и густином снаге, технологија батерија се брзо развија, а материјали за електроде су постигли огроман напредак. Насупрот томе, развој електролитних система је заостао. Тренутно, развој електролита литијум{3}}јонских батерија може се широко класификовати у три типа: не-електролити са растварачем у води, водени електролити и електролити у чврстом стању-.

Не-електролит са растварачем

 

Електролити без-воденог растварача у литијум-јонским батеријама се односе на системе електролита који не садрже воду, углавном састављени од растварача, растворених материја (обично литијумових соли) и адитива. Ови не-водени растварачи су обично органски растварачи, а не водени растварачи, да би се избегла електролиза воде или нежељене реакције са материјалима електрода. Литијумове соли су примарни носачи за транспорт литијум-јона, растварачи служе као растварање, дисперзија и подршка за литијумове соли, а адитиви првенствено служе за побољшање електрохемијских перформанси или безбедности литијум-јонских батерија.

Комерцијално доступни електролити (тј. течни електролити) који се користе у литијум-јонским батеријама првенствено се састоје од једне или више литијумових соли растворених у два или више органских растварача; електролити састављени од једног растварача су веома ретки. Разлог за коришћење више растварача је тај што батерије у стварном{4}}свету имају различите, чак и контрадикторне, захтеве које је тешко испунити коришћењем једног растварача. На пример, електролити могу захтевати високу течност док такође имају високу диелектричну константу; стога се растварачи са различитим физичко-хемијским својствима често користе у комбинацији, показујући истовремено различите карактеристике. Штавише, литијумове соли се углавном не користе истовремено јер је избор литијумових соли ограничен, а њихове предности нису лако очигледне.

Идеални органски растварачи треба да поседују следећа кључна својства: Прво, потребна им је висока диелектрична константа да би се обезбедило добро растварање литијумових соли; друго, требало би да имају ниску тачку топљења и високу тачку кључања како би се проширио опсег радне температуре електролита; треће, низак вискозитет помаже у промовисању ефикасне миграције литијум јона у медијуму; и коначно, ови растварачи треба да буду јефтини и да имају ниску токсичност (идеално не-токсични). Карбонатна једињења, као један од најранијих и најчешће коришћених органских растварача у индустрији литијум-јонских батерија, заузимају кључну позицију у области електролита за батерије.

Тренутно, ова врста растварача углавном укључује два структурна облика: циклични и ланчани. Табела у наставку резимира релевантне физичке параметре неколико често коришћених не-водених растварача, електролита и органских растварача.

Тренутно се растварачи алкил карбоната широко користе у електролитима. Ови растварачи поседују добру отпорност на оксидацију и показују одличну стабилност у условима високог напона. Циклични карбонати, као што су етилен карбонат и пропилен карбонат, познати су по високим диелектричним константама, што значи да могу ефикасније да растворе соли литијума; међутим, због јаких интермолекуларних сила, ови растварачи имају високу вискозност, што успорава кретање литијум јона унутар њих. Насупрот томе, карбонати ланца, као што су диметил карбонат и диетил карбонат, иако имају нижи вискозитет, такође имају релативно ниске диелектричне константе, што резултира релативно слабом ефикасношћу растварања литијумових соли. Стога, за припрему система раствора са супериорном јонском проводљивошћу, различите врсте растварача се често мешају, као што су комбинације ПЦ+ДЕЦ или ЕЦ+ДМЦ. Литијумове соли, као извор литијум јона у електролиту, играју главну улогу у транспорту литијум{7}}јонских јона током процеса пуњења и пражњења литијум-јонских батерија. Њихове перформансе директно утичу на многе аспекте литијум{10}јонских батерија, укључујући густину енергије, густину снаге, опсег радног напона, животни век и безбедност. Тренутно, у лабораторијским истраживањима и индустријској пракси, типично се бирају литијумове соли са великим ањонским радијусима и високом редокс стабилношћу. На основу њиховог хемијског састава, литијумове соли се могу широко класификовати у две категорије: неорганске литијумове соли и органске литијумове соли. Развијено је неколико неорганских литијумових соли, укључујући ЛиПФ6, ЛиЦлО4, ЛИБФ и ЛИАСФ. Насупрот томе, уобичајено коришћене органске литијумове соли у литијум-јонским батеријама су формулисане додавањем група које повлаче електроне- ањонима ових неорганских литијумових соли, као што су литијум диоксалато-борат (ЛиБОБ), литијум дифлуорооксалат {Б{20}либоратијум{20} дифлуоросулфонилимид (ЛиФСИ) и литијум дитрифлуорометилсулфонилимид (ЛТФСИ). Табела испод показује релевантна физичко-хемијска својства неколико често коришћених литијумових соли у литијум-јонским батеријама.

Адитиви су супстанце које се додају у електролит у ниским концентрацијама (обично не више од 10% по маси) које имају специфичне функције и могу значајно побољшати електрохемијске карактеристике батерије. На основу својих функција, ови адитиви се могу широко класификовати у неколико категорија: адитиви за стварање филма-, успоривачи пламена и адитиви за спречавање прекомерног пуњења. Поред тога, постоје адитиви који се користе за побољшање проводљивости, оптимизацију перформанси у условима ниских{4}}температура или контролу количине у траговима и концентрације ХФ у раствору електролита.