Eletrólito da bateria lipo Cnhl 6s, função prática e construção do sistema clássico

1. O papel real do eletrólito da bateria lipo cnhl 6s

Olhando para a história do desenvolvimento da bateria lipo cnhl 6s (para a bateria lipo cnhl 6s secundária, as regras são semelhantes), podemos ver que a análise dos transportadores - o estudo dos eletrodos - a invenção e a melhoria do sistema de eletrólito estão interligados para promover a praticidade e a melhoria do desempenho da bateria lipo cnhl 6s.

Na década de 1970, o químico britânico Stanley Whittingham desenvolveu uma bateria lipo cnhl 6s com dissulfeto de titânio como eletrodo positivo e metal de lítio como eletrodo negativo, e o eletrólito era um sistema de perclorato de lítio-dioxano. Comparada com a bateria de chumbo-ácido, a melhor performance da bateria lipo cnhl 6s começou a manifestar-se. Desde então, o físico e químico americano John B. Goodenough substituiu o dissulfeto de titânio por óxido de cobalto de lítio para obter uma tensão positiva mais alta e maior densidade de energia da bateria lipo cnhl 6s;

posteriormente, manganato de lítio, fosfato de ferro de lítio e cátodos como materiais ternários também surgiram sucessivamente. O químico japonês Akira Yoshino usou coque de petróleo para substituir o metal de lítio, o que promoveu a segurança da bateria lipo cnhl 6s e impulsionou a comercialização da bateria de lítio nas condições da época. Em 1990, o carbonato de etileno EC foi usado para a construção do sistema de eletrólito, em 1993, foi desenvolvido o sistema de solvente composto de EC e carbonato de dimetilo DMC; em 1994, a bateria lipo cnhl 6s comercializada utilizou eletrodo negativo de grafite.

Até agora, o transportador da bateria lipo cnhl 6s de alto desempenho (potência, secundária) é determinado como lítio, e os eletrodos positivo e negativo entraram numa fase de desenvolvimento onde a inovação incremental é o foco principal, enquanto a inovação disruptiva faz esforços incessantes. O eletrólito tem um impacto muito crítico no desempenho global da bateria lipo cnhl 6s, estando também em processo de evolução contínua.

Como o transportador principal do transporte de lítio no circuito interno, o eletrólito precisa ter a capacidade de conduzir lítio de forma eficiente e isolar eletronicamente dentro de uma certa faixa de temperatura; o eletrólito contacta diretamente os eletrodos positivo e negativo, pelo que a sua janela eletroquímica, estabilidade química e propriedades interfaciais com os eletrodos positivo e negativo, o separador, etc., também precisam de cumprir os requisitos de utilização; o eletrólito precisa resistir a abusos térmicos, elétricos e mecânicos até certo ponto; por exemplo, ser ambientalmente amigável/fácil de processar posteriormente é preferível.

Sempre que o material do eletrodo é melhorado, o ajuste e otimização do eletrólito frequentemente refletem a sua importância e até a sua insubstituibilidade.
Devido à diferença de potencial entre os eletrodos positivo e negativo ser muito superior à tensão de decomposição da água, e independentemente dos caros líquidos iónicos, a rota técnica principal do eletrólito é um sistema abrangente composto por solventes orgânicos adequados e sais de lítio.

2. Sistema de solventes do eletrólito da bateria lipo cnhl 6s

O solvente em si é eletronicamente isolante e é usado para dissolver o sal de lítio. Os requisitos básicos do sistema de solventes do eletrólito da bateria lipo cnhl 6s são: ter certa polaridade (constante dielétrica alta) para dissolver sais de lítio; ampla janela eletroquímica (a janela eletroquímica do eletrólito da bateria lipo cnhl 6s reflete-se principalmente na janela química do solvente), resistente à oxidação positiva e redução negativa; baixa viscosidade, fácil de molhar o eletrodo e melhorar o desempenho a baixas temperaturas; resistente ao calor. Até agora, não existe um solvente de componente único que possa cumprir todos estes requisitos simultaneamente, pelo que a ideia básica de construir um sistema de solventes mistos é muito razoável.

A consideração básica do sistema de solventes mistos da bateria lipo cnhl 6s é selecionar componentes solventes com alta constante dielétrica e baixa viscosidade. Os primeiros correspondem ao carbonato de etileno EC, carbonato de propileno PC; os últimos correspondem ao carbonato de dimetilo DMC, carbonato de dietilo DEC, carbonato de etil metilo EMC, etc.

Funções adicionais do solvente, como formação sinérgica, estabilização de membranas sólidas de eletrólito (SEI), auxílio na retardação de chama, etc., também dependem de aditivos solventes. Os aditivos solventes da bateria lipo cnhl 6s incluem ésteres convencionais lineares/cíclicos (como carbonato de vinileno VC), ésteres fluorados lineares/cíclicos/aminados (como carbonato de fluoroetileno FEC), ésteres sulfato (como sulfato de vinilo DTD, sulfito de vinilo ES), sulfones, nitrilos, aditivos à base de fósforo, aditivos à base de silício, éteres, compostos heterocíclicos, etc.

3. Seleção do sal de lítio do eletrólito da bateria lipo cnhl 6s

O sal de lítio dissolve-se no sistema de solventes e ioniza-se, formando parcialmente iões de lítio solvados e grupos aniões correspondentes, proporcionando condutividade iónica. A escolha do sal de lítio precisa considerar a mobilidade iónica correspondente, capacidade de dissociação de pares iónicos, solubilidade, estabilidade térmica, estabilidade química, capacidade de formação de membrana sólida de eletrólito, capacidade de passivação do coletor de corrente, impacto ambiental, etc.

Até agora, não existe um sal de lítio de componente único que possa cumprir todos os requisitos acima simultaneamente, pelo que a ideia básica de construir um sistema de sais de lítio mistos também é muito razoável. Por outro lado, o sal de lítio é a principal fonte de custo do sistema de eletrólito (ainda mais se for considerado o percentual em massa), o que faz com que o hexafluorofosfato de lítio LiPF6, com desempenho abrangente aceitável e custo relativamente baixo, se torne o sal principal mais comum no eletrólito da bateria lipo cnhl 6s existente.

Além dos sais de lítio acima, aditivos de sal de lítio, incluindo fosfatos (como difluorofosfato de lítio LiDFP), boratos (como bis-oxalato de borato de lítio LiBOB, bis-fluorooxalato de borato de lítio LiDFOB), sais sulfonimida (exceto Bisfluorosulfonimida de Lítio LiFSI, Bistrifluorometilsulfonimida de Lítio LiTFSI e outros tipos), sais heterocíclicos, aluminatos, etc., podem ser usados adequadamente para melhorar o desempenho do sistema de sais de lítio em vários graus.

Considerando o desempenho e custo tanto do solvente como do sal de lítio, carbonato + hexafluorofosfato de lítio tornou-se o componente principal do eletrólito da bateria lipo cnhl 6s de potência. Mas ao mesmo tempo, no processo de melhoria do desempenho da bateria lipo cnhl 6s de potência, alguns outros solventes/aditivos e sais de lítio/aditivos também estão a surgir.
O acima é o conteúdo completo do eletrólito da bateria lipo cnhl 6s que lhe trazemos hoje, espero que seja útil para si, até à próxima edição.