אלקטרוליט לסוללת ליתיום פולימר Cnhl 6s, פונקציה מעשית ובניית מערכת קלאסית

1. התפקיד הממשי של אלקטרוליט סוללת cnhl 6s lipo

בהסתכלות לאחור על היסטוריית הפיתוח של סוללת cnhl 6s lipo (לסוללת cnhl 6s lipo משנית, הכללים דומים), ניתן לראות כי ניתוח הנשאים - חקר האלקטרודות - ההמצאה והשיפור של מערכת האלקטרוליט מקושרים יחד לקידום הפרקטיות ושיפור הביצועים של סוללת cnhl 6s lipo.

בשנות ה-1970, הכימאי הבריטי סטנלי וויטינגהם פיתח סוללת cnhl 6s lipo עם די-סולפיד טיטניום כאלקטרודה החיובית ומתכת ליתיום כאלקטרודה השלילית, והאלקטרוליט היה מערכת ליתיום פרכלורט-דיאוקסן. בהשוואה לסוללת cnhl 6s lipo חומצת עופרת, הביצועים הטובים יותר של סוללת cnhl 6s lipo מתחילים להתגלות. מאז, הפיזיקאי והכימאי האמריקאי ג'ון ב. גודנו החליף את די-סולפיד הטיטניום באוקסיד קובלט ליתיום כדי להשיג מתח חיובי גבוה יותר וצפיפות אנרגיה גבוהה יותר של סוללת cnhl 6s lipo;

לאחר מכן זמינים גם ליתיום מנגן, ליתיום ברזל פוספט וקטודות מחומרים תלת-רכיביים בזה אחר זה. הכימאי היפני אקירה יושינו השתמש בפחם נפטי במקום מתכת ליתיום, מה שקידם את הבטיחות של סוללת cnhl 6s lipo וקידם את המסחור של סוללת הליתיום בתנאים של אותה תקופה. בשנת 1990, פחמן אתילן EC שימש לבניית מערכת האלקטרוליט, בשנת 1993 פותחה מערכת ממס מורכבת של EC ו-DMC (דימתיל פחמתי); בשנת 1994, סוללת cnhl 6s lipo המסחרית השתמשה באלקטרודה שלילית מגרפיט.

עד כה, נשא הביצועים הגבוהים (כוח, משני) של סוללת cnhl 6s lipo נקבע כליתיום, והאלקטרודות החיובית והשלילית נכנסו לשלב פיתוח שבו חדשנות הדרגתית היא המוקד העיקרי, וחדשנות מהפכנית מתבצעת במאמץ מתמיד. לאלקטרוליט יש השפעה קריטית מאוד על הביצועים הכוללים של סוללת cnhl 6s lipo, והוא גם בתהליך של אבולוציה מתמשכת.

כנשא המרכזי של הובלת הליתיום במעגל הפנימי, האלקטרוליט צריך להיות בעל יכולת להוליך ליתיום ביעילות ולבודד אלקטרונית בטווח טמפרטורות מסוים; האלקטרוליט בא במגע ישיר עם האלקטרודות החיובית והשלילית, ולכן חלון האלקטרוכימי שלו, היציבות הכימית, והמאפיינים הממשקיים עם האלקטרודות והמפצל, צריכים גם הם לעמוד בדרישות השימוש; האלקטרוליט צריך לעמוד לעומק מסוים בפני פגיעות תרמיות, חשמליות ומכניות; כמו כן, ידידותיות לסביבה/עיבוד לאחר שימוש קל הם יתרון.

בכל פעם שמשפרים את חומר האלקטרודה, ההתאמה והאופטימיזציה של האלקטרוליט משקפות לעיתים קרובות את חשיבותו ואפילו את היותו בלתי ניתן להחלפה.
בתנאי הפרש פוטנציאלים בין האלקטרודות החיובית והשלילית החורג בהרבה ממתח פירוק המים, וללא קשר לנוזלים יוניים יקרים, המסלול הטכני המרכזי של האלקטרוליט הוא מערכת מקיפה המורכבת מממסים אורגניים מתאימים ומלחים של ליתיום.

2. מערכת ממס האלקטרוליט של סוללת cnhl 6s lipo

הממס עצמו מבודד אלקטרונית ומשמש להמסה של מלח הליתיום. הדרישות הבסיסיות של מערכת ממס האלקטרוליט של סוללת cnhl 6s lipo הן: בעל פולריות מסוימת (קבוע דיאלקטרי גבוה) להמסה של מלחים ליתיום; חלון אלקטרוכימי רחב (החלון האלקטרוכימי של אלקטרוליט סוללת cnhl 6s lipo משתקף בעיקר בכוח החשמלי של הממס. חלון כימי), עמידות לחמצון חיובי ולחיזור שלילי; צמיגות נמוכה, קל להרטיב את האלקטרודה ולשפר ביצועים בטמפרטורות נמוכות; עמידות לחום. עד כה, אין ממס חד-רכיבי שיכול לעמוד בכל הדרישות הנ"ל בו זמנית, ולכן הרעיון הבסיסי של בניית מערכת ממס מעורבת הוא מאוד סביר.

השיקול הבסיסי של מערכת ממס מעורבת לסוללת cnhl 6s lipo הוא לבחור רכיבי ממס עם קבוע דיאלקטרי גבוה וצמיגות נמוכה. הראשון מתאים לאתילן פחמתי EC, פרופילן פחמתי PC; השני מתאים לדימתיל פחמתי DMC, דיאתיל פחמתי DEC, אתיל מתיל פחמתי EMC וכו'.

פונקציות נוספות של הממס, כגון יצירת סינרגיה, ייצוב ממברנות אלקטרוליט מוצק (SEI), סיוע בעכירות להבה וכו', גם הן תלויות בתוספי ממס. תוספי ממס לסוללת cnhl 6s lipo כוללים אסטרים שרשרתיים/מחזוריים קונבנציונליים (כגון וינילן פחמתי VC), אסטרים פלואוריניים שרשרתיים/מחזוריים/אמיניים (כגון פלואורואתילן פחמתי FEC), אסטרים סולפטיים (כגון ויניל סולפט DTD, ויניל סולפיט ES), סולפונים, ניטרילים, תוספים מבוססי זרחן, תוספים מבוססי סיליקון, אתריים, תרכובות הטרוציקליות וכו'.

3, בחירת מלח ליתיום לאלקטרוליט סוללת cnhl 6s lipo

מלח הליתיום מומס במערכת הממס ומיונן, יוצר חלקית יוני ליתיום מסולבים וקבוצות אניון מתאימות, המספקים מוליכות יונית. בחירת מלח הליתיום צריכה לקחת בחשבון את ניידות היונים המתאימה, יכולת פירוק זוג יונים, מסיסות, יציבות תרמית, יציבות כימית, יכולת יצירת ממברנת אלקטרוליט מוצק, יכולת פסיבציה של אוסף הזרם, השפעה סביבתית ועוד.

עד כה, אין מלח ליתיום חד-רכיבי שיכול לעמוד בדרישות שלמעלה בו זמנית, ולכן הרעיון הבסיסי של בניית מערכת מלח ליתיום מעורבת הוא גם סביר מאוד. מצד שני, מלח הליתיום הוא מקור העלות העיקרי של מערכת האלקטרוליט (יותר אם מתחשבים באחוז המסה), מה שהופך את ליתיום הקספלואורופוספט LiPF6 עם ביצועים מקיפים מקובלים ועלות יחסית נמוכה למלח האלקטרוליט הנפוץ ביותר באלקטרוליט סוללת cnhl 6s lipo הקיימת.

בנוסף למלחים של ליתיום שהוזכרו למעלה, תוספי מלח ליתיום, כולל פוספטים (כגון ליתיום דיפלואורופוספט LiDFP), בורטים (כגון ליתיום ביס-אוקסלט בורט LiBOB, ליתיום ביס-פלואורואוקסלט בורט LiDFOB), מלחים סולפונימידיים (למעט Lithium Bisfluorosulfonimide LiFSI, Lithium Bistrifluoromethylsulfonimide LiTFSI וסוגים אחרים), מלחים הטרוציקליים, אלומינטים וכו', יכולים לשמש כראוי לשיפור הסינתזה של מערכות מלח ליתיום במידה משתנה.

בהתחשב בביצועים ובעלות של שני הממסים ומלח הליתיום, פחמתי + ליתיום הקספלואורופוספט הפכו לרכיב העיקרי של אלקטרוליט סוללת cnhl 6s lipo. אך באותו הזמן, בתהליך שיפור ביצועי סוללת cnhl 6s lipo, גם ממסים/תוספים אחרים ומלחים/תוספים של ליתיום מופיעים.
התוכן שלמעלה הוא כל התוכן של אלקטרוליט סוללת cnhl 6s lipo שהובא לכם היום, אני מקווה שזה יעזור לכם, נתראה בגיליון הבא.