Elektrolit do baterii Cnhl 6s lipo, praktyczna funkcja i klasyczna konstrukcja systemu

1. Rzeczywista rola elektrolitu akumulatora cnhl 6s lipo

Patrząc wstecz na historię rozwoju akumulatora cnhl 6s lipo (dla wtórnego akumulatora cnhl 6s lipo zasady są podobne), widzimy, że analiza nośników - badanie elektrod - wynalazek i ulepszenie systemu elektrolitu są ze sobą powiązane, aby promować praktyczność i poprawę wydajności akumulatora cnhl 6s lipo.

W latach 70. brytyjski chemik Stanley Whittingham opracował akumulator cnhl 6s lipo z dwusiarczkiem tytanu jako elektrodą dodatnią i metalem litowym jako elektrodą ujemną, a elektrolitem był system chlorku litowego-dioksanu. W porównaniu z akumulatorem kwasowo-ołowiowym cnhl 6s lipo, lepsze osiągi akumulatora cnhl 6s lipo zaczęły się ujawniać. Od tego czasu amerykański fizyk i chemik John B. Goodenough zastąpił dwusiarczek tytanu tlenkiem kobaltu litu, aby uzyskać wyższe napięcie dodatnie i wyższą gęstość energii akumulatora cnhl 6s lipo;

Następnie pojawiły się kolejne katody, takie jak manganian litu, fosforan żelaza litu oraz materiały trójskładnikowe. Japoński chemik Akira Yoshino użył koksu naftowego zamiast metalu litu, co poprawiło bezpieczeństwo baterii cnhl 6s lipo i przyczyniło się do komercjalizacji baterii litowej w tamtych warunkach. W 1990 roku do budowy systemu elektrolitu użyto węglanu etylenu (EC), w 1993 roku opracowano kompozytowy system rozpuszczalników EC i dimetylokarbonatu (DMC); w 1994 roku skomercjalizowano baterię cnhl 6s lipo z grafitową elektrodą ujemną.

Do tej pory nośnikiem wysokowydajnej (mocnej, wtórnej) baterii cnhl 6s lipo jest lit, a elektrody dodatnia i ujemna weszły w etap rozwoju, gdzie główny nacisk kładzie się na innowacje przyrostowe, a innowacje przełomowe są nieustannie podejmowane. Elektrolit ma bardzo krytyczny wpływ na kompleksową wydajność baterii cnhl 6s lipo i jest w ciągłym procesie ewolucji.

Jako główny nośnik transportu litu w obwodzie wewnętrznym, elektrolit musi mieć zdolność efektywnego przewodzenia litu i izolacji elektronicznej w określonym zakresie temperatur; elektrolit bezpośrednio styka się z elektrodami dodatnią i ujemną, więc jego okno elektrochemiczne, stabilność chemiczna oraz właściwości interfejsu z elektrodami dodatnią i ujemną oraz separatorem muszą spełniać wymagania użytkowe; elektrolit musi również w pewnym stopniu wytrzymywać nadużycia termiczne, elektryczne i mechaniczne; takie jak przyjazność dla środowiska / łatwość dalszej obróbki jest dodatkowym atutem.

Za każdym razem, gdy materiał elektrody jest ulepszany, regulacja i optymalizacja elektrolitu często podkreśla jego znaczenie, a nawet niezastąpioność.
Pod warunkiem, że różnica potencjałów między elektrodą dodatnią a ujemną znacznie przekracza napięcie rozkładu wody, i niezależnie od drogich cieczy jonowych, główną techniczną drogą elektrolitu jest kompleksowy system składający się z odpowiednich rozpuszczalników organicznych i soli litu.

2. System rozpuszczalników elektrolitu baterii cnhl 6s lipo

Sam rozpuszczalnik jest elektronicznie izolujący i służy do rozpuszczania soli litu. Podstawowe wymagania systemu rozpuszczalników elektrolitu baterii cnhl 6s lipo to: posiadanie określonej polarności (wysoki współczynnik dielektryczny) do rozpuszczania soli litu; szerokie okno elektrochemiczne (okno elektrochemiczne elektrolitu baterii cnhl 6s lipo jest głównie odzwierciedlone w potencjale elektrycznym rozpuszczalnika. Okno chemiczne), odporność na utlenianie dodatnie i redukcję ujemną; niska lepkość, łatwe zwilżanie elektrody i poprawa wydajności w niskich temperaturach; odporność na ciepło. Do tej pory nie istnieje rozpuszczalnik jednoskładnikowy, który jednocześnie spełniałby powyższe wymagania, dlatego podstawowa koncepcja budowy mieszanego systemu rozpuszczalników jest bardzo rozsądna.

Podstawowym założeniem mieszanego systemu rozpuszczalnikowego baterii cnhl 6s lipo jest wybór składników rozpuszczalnika o wysokim współczynniku dielektrycznym i niskiej lepkości. Pierwsze odpowiada węglanowi etylenu EC, węglanowi propylenu PC; drugie odpowiada dimetylowemu węglanowi DMC, dietylowemu węglanowi DEC, etylo-metylowemu węglanowi EMC itp.

Dodatkowe funkcje rozpuszczalnika, takie jak synergistyczne tworzenie, stabilizacja stałych membran elektrolitu (SEI), pomoc w ognioodporności itp., również opierają się na dodatkach do rozpuszczalnika. Dodatki do rozpuszczalnika baterii cnhl 6s lipo obejmują konwencjonalne estry łańcuchowe/cykliczne (takie jak węglan winylenu VC), fluorowane estry łańcuchowe/cykliczne/aminowe (takie jak fluorowęglan winylenu FEC), estry siarczanowe (takie jak siarczan winylu DTD, winylosiarczyn ES), sulfony, nitrile, dodatki na bazie fosforu, dodatki na bazie krzemu, etery, związki heterocykliczne itp.

3, wybór soli litu do elektrolitu baterii cnhl 6s lipo

Sól litu rozpuszcza się w systemie rozpuszczalnikowym i jonizuje, częściowo tworzy jony litu solvowane oraz odpowiadające grupy anionowe, zapewniając przewodnictwo jonowe. Wybór soli litu musi uwzględniać odpowiadającą mobilność jonów, zdolność dysocjacji par jonowych, rozpuszczalność, stabilność termiczną, stabilność chemiczną, zdolność tworzenia stałej membrany elektrolitu, zdolność pasywacji kolektora prądu, wpływ na środowisko itp.

Do tej pory nie ma soli litu jednoskładnikowej, która jednocześnie spełniałaby powyższe wymagania, dlatego podstawowy pomysł budowy mieszanego systemu soli litu jest również bardzo rozsądny. Z drugiej strony, sól litu jest głównym źródłem kosztów systemu elektrolitu (zwłaszcza gdy uwzględni się procent masowy), co sprawia, że heksafluorofosforan litu LiPF6 o akceptowalnej wydajności całkowitej i stosunkowo niskim koszcie staje się najczęstszą solą elektrolitu w istniejącym elektrolicie baterii cnhl 6s lipo.

Oprócz powyższych soli litu, dodatki soli litu, w tym fosforany (takie jak difluorofosforan litu LiDFP), borany (takie jak bis-oksalan boran litu LiBOB, bis-fluorooksalan boran litu LiDFOB), sole sulfonimidowe (z wyjątkiem Lithium Bisfluorosulfonimide LiFSI, Lithium Bistrifluoromethylsulfonimide LiTFSI i innych typów), sole heterocykliczne, aluminaty itp., mogą być odpowiednio stosowane w celu poprawy syntezy systemów soli litu w różnym stopniu wydajności.

Biorąc pod uwagę wydajność i koszt zarówno rozpuszczalnika, jak i soli litu, węglan + heksafluorofosforan litu stały się głównym składnikiem elektrolitu baterii cnhl 6s lipo. Jednak jednocześnie, w procesie poprawy wydajności baterii cnhl 6s lipo, pojawiają się również inne rozpuszczalniki/dodatki i sole litu/dodatki.
Powyżej znajduje się cała zawartość elektrolitu baterii cnhl 6s lipo, którą przedstawiamy dzisiaj, mam nadzieję, że Ci to pomoże, do zobaczenia w następnym numerze.