Elektrolyt lithiové baterie Cnhl 6s, praktická funkce a klasická konstrukce systému

1. Skutečná role elektrolytu cnhl 6s lipo baterie

Při pohledu zpět na vývojovou historii cnhl 6s lipo baterie (pro sekundární cnhl 6s lipo baterii platí podobná pravidla) vidíme, že analýza nosičů - studium elektrod - vynález a zlepšení elektrolytického systému jsou propojeny a společně podporují praktičnost a zlepšení výkonu cnhl 6s lipo baterie.

V 70. letech vyvinul britský chemik Stanley Whittingham cnhl 6s lipo baterii s disulfidem titanu jako kladnou elektrodou a lithiem jako zápornou elektrodou, přičemž elektrolyt byl systém lithného perchlorátu-dioxanu. Ve srovnání s olověnou cnhl 6s lipo baterií se začaly projevovat lepší vlastnosti cnhl 6s lipo baterie. Od té doby americký fyzik a chemik John B. Goodenough nahradil disulfid titanu oxidem lithno-kobaltnatým, aby získal vyšší kladné napětí a vyšší energetickou hustotu cnhl 6s lipo baterie;

Následně se objevily lithný manganát, lithný železný fosfát a katody jako ternární materiály jedna po druhé. Japonský chemik Akira Yoshino použil petrolejový koks místo lithného kovu, což podpořilo bezpečnost baterie cnhl 6s lipo a podpořilo komercializaci lithium-iontové baterie za tehdejších podmínek. V roce 1990 byl pro konstrukci elektrolytového systému použit ethylen karbonát EC, v roce 1993 byl vyvinut kompozitní rozpouštědlový systém EC a dimethyl karbonátu DMC; v roce 1994 byla komerčně využívána baterie cnhl 6s lipo s grafitovou zápornou elektrodou.

Dosud je nosičem vysoce výkonné (výkonové, sekundární) baterie cnhl 6s lipo lithium a kladné a záporné elektrody vstoupily do vývojové fáze, kde je hlavním zaměřením inkrementální inovace a revoluční inovace se neustále snaží. Elektrolyt má velmi kritický dopad na komplexní výkon baterie cnhl 6s lipo a je také v procesu neustálé evoluce.

Jako hlavní nosič transportu lithia v interním obvodu musí elektrolyt mít schopnost efektivně vést lithium a elektronicky izolovat v určitém teplotním rozsahu; elektrolyt přímo kontaktuje kladnou a zápornou elektrodu, takže jeho elektrochemické okno, chemická stabilita a vlastnosti rozhraní kladné a záporné elektrody a separátoru musí také splňovat požadavky na použití; elektrolyt musí do určité míry odolávat tepelnému, elektrickému a mechanickému namáhání; například ekologická šetrnost/snáz zpracovatelnost je výhodou.

Kdykoli je materiál elektrody vylepšen, úprava a optimalizace elektrolytu často odráží jeho důležitost a dokonce nenahraditelnost.
S ohledem na potenciálový rozdíl mezi kladnou a zápornou elektrodou, který výrazně překračuje napětí rozkladu vody, a bez ohledu na drahé iontové kapaliny, je hlavní technickou cestou elektrolytu komplexní systém složený z vhodných organických rozpouštědel a lithných solí.

2. Elektrolytový rozpouštědlový systém baterie cnhl 6s lipo

Samotný rozpouštědlo je elektronicky izolační a slouží k rozpuštění lithné soli. Základní požadavky na elektrolytový rozpouštědlový systém baterie cnhl 6s lipo jsou: mít určitou polaritu (vysokou dielektrickou konstantu) pro rozpuštění lithných solí; široké elektrochemické okno (elektrochemické okno elektrolytu baterie cnhl 6s lipo se hlavně odráží v elektrické síle rozpouštědla. Chemické okno), odolnost vůči pozitivní oxidaci a negativní redukci; nízká viskozita, snadné navlhčení elektrody a zlepšení výkonu při nízkých teplotách; tepelná odolnost. Dosud neexistuje jedno-komponentní rozpouštědlo, které by současně splňovalo výše uvedené požadavky, proto je základní myšlenka konstrukce směsného rozpouštědlového systému velmi rozumná.

Základní úvaha o smíšeném systému rozpouštědel baterie cnhl 6s lipo je vybrat složky rozpouštědel s vysokou dielektrickou konstantou a nízkou viskozitou. První odpovídá ethylén karbonátu EC, propylén karbonátu PC; druhé odpovídá dimethyl karbonátu DMC, diethyl karbonátu DEC, ethyl methyl karbonátu EMC atd.

Další funkce rozpouštědla, jako je synergická tvorba, stabilizace pevných elektrolytových membrán (SEI), pomoc při zpomalování hoření atd., také závisí na přísadách do rozpouštědel. Přísady do rozpouštědel baterie cnhl 6s lipo zahrnují konvenční řetězcové/cyklické estery (například vinylén karbonát VC), fluorované řetězcové/cyklické/aminové estery (například fluoroethylén karbonát FEC), sulfátové estery (například vinyl sulfát DTD, vinyl sulfít ES), sulfony, nitrily, fosforové přísady, křemíkové přísady, ethery, heterocyklické sloučeniny atd.

3, výběr lithné soli elektrolytu baterie cnhl 6s lipo

Lithná sůl se rozpouští v systému rozpouštědel a ionizuje, částečně tvoří solvátované lithné ionty a odpovídající aniontové skupiny, které zajišťují iontovou vodivost. Výběr lithné soli musí zohlednit odpovídající pohyblivost iontů, schopnost disociace iontových párů, rozpustnost, tepelnou stabilitu, chemickou stabilitu, schopnost tvorby pevné elektrolytové membrány, schopnost pasivace sběrače proudu, dopad na životní prostředí atd.

Dosud neexistuje žádná jednosložková lithná sůl, která by současně splňovala výše uvedené požadavky, proto je základní myšlenka konstrukce smíšeného lithného solného systému také velmi rozumná. Na druhou stranu je lithná sůl hlavním zdrojem nákladů elektrolytického systému (ještě více pokud se zohlední hmotnostní procento), což činí lithium hexafluorofosfát LiPF6 s přijatelným komplexním výkonem a relativně nízkými náklady nejběžnější elektrolytovou hlavní solí v existujícím elektrolytu baterie cnhl 6s lipo.

Kromě výše uvedených lithných solí a přísad lithných solí, včetně fosfátů (například lithium difluorofosfát LiDFP), borátů (například lithium bis-oxalát borát LiBOB, lithium bis-fluorooxalát borát LiDFOB), sulfonimidových solí (kromě Lithium Bisfluorosulfonimid LiFSI, Lithium Bistrifluoromethylsulfonimid LiTFSI a dalších typů), heterocyklických solí, aluminátů atd., lze vhodně použít ke zlepšení syntézy lithných solných systémů v různé míře výkonu.

S ohledem na výkon a náklady jak rozpouštědla, tak lithné soli se karbonát + lithium hexafluorofosfát stal hlavní složkou elektrolytu baterie cnhl 6s lipo. Současně se však v procesu zlepšování výkonu baterie cnhl 6s lipo objevují i jiné rozpouštědla/přísady a lithné soli/přísady.
Výše uvedený text je celý obsah elektrolytu baterie cnhl 6s lipo, který vám dnes přinášíme, doufám, že vám pomůže, uvidíme se v dalším vydání.