Elettrolita per batteria lipo Cnhl 6s, funzione pratica e costruzione classica del sistema

1. Il ruolo effettivo dell'elettrolita della batteria cnhl 6s lipo

Guardando indietro alla storia dello sviluppo della batteria cnhl 6s lipo (per la batteria secondaria cnhl 6s lipo, le regole sono simili), possiamo vedere che l'analisi dei portatori - lo studio degli elettrodi - l'invenzione e il miglioramento del sistema elettrolitico sono collegati insieme per promuovere la praticità e il miglioramento delle prestazioni della batteria cnhl 6s lipo.

Negli anni '70, il chimico britannico Stanley Whittingham sviluppò una batteria cnhl 6s lipo con disolfuro di titanio come elettrodo positivo e litio metallico come elettrodo negativo, e l'elettrolita era un sistema di perclorato di litio-diossano. Rispetto alla batteria al piombo-acido cnhl 6s lipo, le migliori prestazioni della batteria cnhl 6s lipo iniziano a manifestarsi. Da allora, il fisico e chimico americano John B. Goodenough ha sostituito il disolfuro di titanio con ossido di cobalto di litio per ottenere una tensione positiva più alta e una densità energetica maggiore della batteria cnhl 6s lipo;

Successivamente sono stati disponibili uno dopo l'altro materiali catodici come il litio manganato, il litio ferro fosfato e materiali ternari. Il chimico giapponese Akira Yoshino ha usato coke di petrolio per sostituire il litio metallico, promuovendo la sicurezza della batteria cnhl 6s lipo e favorendo la commercializzazione della batteria al litio nelle condizioni di quel tempo. Nel 1990 è stato usato il carbonato di etilene EC per la costruzione del sistema elettrolita, nel 1993 è stato sviluppato il sistema solvente composito di EC e dimetil carbonato DMC; nel 1994 la batteria cnhl 6s lipo commercializzata utilizzava l'elettrodo negativo in grafite.

Finora, il vettore della batteria cnhl 6s lipo ad alte prestazioni (potenza, secondaria) è stato determinato essere il litio, e gli elettrodi positivo e negativo sono entrati in una fase di sviluppo in cui l'innovazione incrementale è il focus principale, mentre l'innovazione dirompente sta facendo sforzi incessanti. L'elettrolita ha un impatto molto critico sulle prestazioni complessive della batteria cnhl 6s lipo, ed è anche in un processo di evoluzione continua.

Come vettore principale del trasporto di litio nel circuito interno, l'elettrolita deve avere la capacità di condurre il litio in modo efficiente e isolare elettronicamente entro un certo intervallo di temperatura; l'elettrolita entra in contatto diretto con gli elettrodi positivo e negativo, quindi la sua finestra elettrochimica, stabilità chimica, e le proprietà interfaccia con gli elettrodi positivo e negativo e il separatore, ecc., devono anche soddisfare i requisiti d'uso; l'elettrolita deve resistere a un certo grado di abuso termico, elettrico e meccanico; inoltre, la compatibilità ambientale/facilità di post-trattamento è preferibile.

Ogni volta che il materiale dell'elettrodo viene migliorato, la regolazione e l'ottimizzazione dell'elettrolita riflettono spesso la sua importanza e persino la sua insostituibilità.
Soggetto alla differenza di potenziale tra elettrodi positivo e negativo che supera di gran lunga la tensione di scissione dell'acqua, e indipendentemente dai costosi liquidi ionici, la via tecnica principale dell'elettrolita è un sistema complessivo composto da solventi organici adatti e sali di litio.

2. Sistema solvente elettrolita della batteria cnhl 6s lipo

Il solvente stesso è elettronicamente isolante ed è usato per dissolvere il sale di litio. I requisiti di base del sistema solvente elettrolita della batteria cnhl 6s lipo sono: avere una certa polarità (alto costante dielettrica) per dissolvere i sali di litio; ampio intervallo elettrochimico (l'intervallo elettrochimico dell'elettrolita della batteria cnhl 6s lipo si riflette principalmente nella finestra chimica del solvente), resistente all'ossidazione positiva e alla riduzione negativa; bassa viscosità, facile bagnatura dell'elettrodo e miglioramento delle prestazioni a bassa temperatura; resistente al calore. Finora, non esiste un solvente monocomponente che possa soddisfare contemporaneamente i requisiti sopra indicati, quindi l'idea di base di costruire un sistema solvente misto è molto ragionevole.

La considerazione di base del sistema solvente misto della batteria cnhl 6s lipo è selezionare i componenti solventi con alta costante dielettrica e bassa viscosità. I primi corrispondono a carbonato di etilene EC, carbonato di propilene PC; i secondi corrispondono a dimetil carbonato DMC, dietil carbonato DEC, etil metil carbonato EMC, ecc.

Funzioni aggiuntive del solvente, come la formazione sinergica, la stabilizzazione delle membrane elettrolitiche solide (SEI), l'assistenza nella ritardanza di fiamma, ecc., dipendono anche dagli additivi del solvente. Gli additivi del solvente della batteria cnhl 6s lipo includono esteri convenzionali a catena/ciclici (come il carbonato di vinilene VC), esteri fluorurati a catena/ciclici/amminici (come il carbonato di fluoroetilene FEC), esteri solfati (come il solfato di vinile DTD, il solfito di vinile ES), solfoni, nitrili, additivi a base di fosforo, additivi a base di silicio, eteri, composti eterociclici, ecc.

3, selezione del sale di litio per l'elettrolita della batteria cnhl 6s lipo

Il sale di litio si dissolve nel sistema solvente e si ionizza, formando parzialmente ioni di litio solvata e corrispondenti gruppi anionici, fornendo conducibilità ionica. La scelta del sale di litio deve considerare la mobilità ionica corrispondente, la capacità di dissociazione della coppia ionica, la solubilità, la stabilità termica, la stabilità chimica, la capacità di formazione della membrana elettrolitica solida, la capacità di passivazione del collettore di corrente, l'impatto ambientale, ecc.

Fino ad ora, non esiste un sale di litio a componente singolo che possa soddisfare contemporaneamente i requisiti sopra indicati, quindi l'idea di base di costruire un sistema di sale di litio misto è anche molto ragionevole. D'altra parte, il sale di litio è la principale fonte di costo del sistema elettrolitico (ancora di più se si considera la percentuale in massa), il che rende l'esafluorofosfato di litio LiPF6 con prestazioni complessive accettabili e costo relativamente basso il sale elettrolitico più comune nell'attuale elettrolita della batteria cnhl 6s lipo.

Oltre ai sali di litio sopra menzionati, gli additivi di sale di litio, inclusi fosfati (come il difluorofosfato di litio LiDFP), borati (come il bisossalato borato di litio LiBOB, il bis-fluoroossalato borato di litio LiDFOB), sali sulfonimmide (eccetto il Bisfluorosulfonimmide di litio LiFSI, il Bistrifluorometilsulfonimmide di litio LiTFSI e altri tipi), sali eterociclici, aluminati, ecc., possono essere usati correttamente per migliorare la sintesi dei sistemi di sale di litio a vari livelli. prestazioni.

Considerando le prestazioni e il costo sia del solvente che del sale di litio, il carbonato + esafluorofosfato di litio è diventato il componente principale dell'elettrolita della batteria cnhl 6s lipo. Ma allo stesso tempo, nel processo di miglioramento delle prestazioni della batteria cnhl 6s lipo, stanno emergendo anche altri solventi/additivi e sali/additivi di litio.
Quanto sopra è il contenuto completo dell'elettrolita della batteria cnhl 6s lipo presentato oggi, spero che ti sia utile, ci vediamo nel prossimo numero.