Significado de electrólito da batería de iones de litio-?

◆Que son os electrólitos acuosos?

◆Introdución aos electrólitos sólidos

O electrólito, un compoñente indispensable debaterías de iones de litio{0}, xoga un papel crucial nos ciclos de carga-descarga da batería.

Non só é responsable do transporte eficiente de ións de litio e da condución da corrente, senón que tamén posúe propiedades de illamento electrónico para evitar eficazmente o fluxo de electróns directo entre os electrodos positivos e negativos. En sentido figurado, o electrólito é como o "sangue" dentro dunha batería de-ión de litio, que garante a conectividade entre os materiais dos electrodos positivos e negativos, garantindo así o progreso suave de todo o proceso de descarga-de carga.

Un electrólito ideal para unha batería de-ión de litio debe cumprir os seguintes cinco requisitos:

Coa demanda cada vez maior-de densidade de enerxía e densidade de enerxía da batería, a tecnoloxía das baterías está a desenvolverse rapidamente e os materiais dos electrodos fixeron un gran progreso. Pola contra, o desenvolvemento dos sistemas de electrólitos quedou atrás. Actualmente, o desenvolvemento de electrólitos de baterías de iones de litio-pódese clasificar en tres tipos: electrólitos de disolventes non-acuosos, electrólitos acuosos e electrólitos de estado-sólido.

Electrólito disolvente non-acuoso

 

Os electrólitos de disolventes non-acuosos nas baterías de-ións de litio refírese a sistemas de electrólitos que non conteñen auga, principalmente compostos por disolventes, solutos (normalmente sales de litio) e aditivos. Estes disolventes non-acuosos son normalmente disolventes orgánicos, en lugar de disolventes acuosos, para evitar a electrólise da auga ou reaccións adversas cos materiais dos electrodos. Os sales de litio son os principais portadores para o transporte de-ións de litio, os disolventes serven como disolución, dispersión e soporte para os sales de litio, e os aditivos funcionan principalmente para mellorar o rendemento electroquímico ou a seguridade das baterías de-ións de litio.

Os electrólitos dispoñibles comercialmente (é dicir, electrólitos líquidos) que se usan nas baterías de iones de litio-están compostos principalmente por unha ou máis sales de litio disoltas en dous ou máis disolventes orgánicos; os electrólitos compostos por un só disolvente son moi raros. O motivo polo que se usan varios disolventes é que as baterías-realistas teñen requisitos diferentes, incluso contraditorios, que son difíciles de cumprir cun só disolvente. Por exemplo, os electrólitos poden requirir alta fluidez ao tempo que teñen unha constante dieléctrica elevada; polo tanto, adoitan utilizarse en combinación disolventes con propiedades fisicoquímicas diferentes, que presentan diferentes características ao mesmo tempo. Ademais, as sales de litio xeralmente non se usan simultaneamente porque a selección de sales de litio é limitada e as súas vantaxes non son facilmente evidentes.

Os disolventes orgánicos ideais deben posuír as seguintes propiedades clave: En primeiro lugar, necesitan unha constante dieléctrica elevada para garantir unha boa disolución dos sales de litio; en segundo lugar, deben ter un punto de fusión baixo e un punto de ebulición alto para ampliar o rango de temperatura de funcionamento do electrólito; terceiro, a baixa viscosidade axuda a promover a migración eficiente dos ións de litio no medio; e, finalmente, estes disolventes deberían ser baratos e ter unha baixa toxicidade (idealmente non-tóxico). Os compostos de carbonato, como un dos disolventes orgánicos máis antigos e máis utilizados na industria de baterías de ións de litio-, ocupan unha posición crucial no campo dos electrólitos das baterías.

Actualmente, este tipo de disolventes inclúe principalmente dúas formas estruturais: cíclico e en cadea. A táboa seguinte resume os parámetros físicos relevantes de varios disolventes non-acuosos, electrólitos e disolventes orgánicos de uso habitual.

Actualmente, os disolventes de carbonato de alquilo úsanse amplamente nos electrólitos. Estes disolventes posúen unha boa resistencia á oxidación e presentan unha excelente estabilidade en condicións de alta tensión. Os carbonatos cíclicos, como o carbonato de etileno e o carbonato de propileno, son coñecidos polas súas elevadas constantes dieléctricas, o que significa que poden disolver sales de litio de forma máis eficaz; porén, debido ás fortes forzas intermoleculares, estes disolventes teñen unha alta viscosidade, o que ralentiza o movemento dos ións litio no seu interior. Pola contra, os carbonatos de cadea, como o carbonato de dimetilo e o carbonato de dietilo, aínda que teñen unha viscosidade máis baixa, tamén teñen unhas constantes dieléctricas relativamente baixas, o que resulta nunha eficiencia de disolución relativamente pobre para os sales de litio. Polo tanto, para preparar sistemas de solución cunha condutividade iónica superior, adoitan mesturarse diferentes tipos de disolventes, como combinacións PC+DEC ou EC+DMC. Os sales de litio, como fonte de ións de litio no electrólito, xogan un papel importante no transporte de ións de litio-durante o proceso de carga e descarga das baterías de ións de litio-. O seu rendemento afecta directamente a moitos aspectos das baterías de-ións de litio, incluíndo a densidade de enerxía, a densidade de enerxía, o rango de tensión de funcionamento, a vida útil e a seguridade. Actualmente, na investigación de laboratorio e na práctica industrial, adoitan seleccionarse sales de litio con grandes radios aniónicos e alta estabilidade redox. Segundo a súa composición química, os sales de litio pódense clasificar amplamente en dúas categorías: sales de litio inorgánicas e sales de litio orgánicas. Desenvolvéronse varios sales de litio inorgánicos, incluíndo LiPF6, LiClO4, LIBF e LIASF. Pola contra, os sales orgánicos de litio comúnmente usados nas baterías de ións de litio formúlanse engadindo grupos-retractores de electróns aos anións destas sales de litio inorgánicas, como o dioxalato-borato de litio (LiBOB), o difluorooxalato{20}ODlifluoromida de litio ([20}ODlifluoroido) (LiFSI) e ditrifluorometilsulfonilimida de litio (LTFSI).A seguinte táboa mostra as propiedades fisicoquímicas relevantes de varios sales de litio de uso habitual en baterías de ión-litio.

Os aditivos son substancias engadidas ao electrólito en baixas concentracións (normalmente non máis do 10% en masa) que teñen funcións específicas e poden mellorar significativamente as características electroquímicas da batería. Segundo as súas funcións, estes aditivos pódense clasificar en varias categorías: aditivos formadores de película-, retardantes de chama e aditivos para evitar a sobrecarga. Ademais, úsanse aditivos para mellorar a condutividade, optimizar o rendemento en condicións de baixa-temperatura ou controlar as cantidades de trazas e as concentracións de HF na solución de electrólitos.