Introducción a la formulación de electrolitos de batería de iones de litio

Los electrolitos de batería de iones de litio son electrolitos líquidos no acuosos compuestos de disolventes orgánicos y sales de electrolito de litio. Por supuesto, hay electrolitos sólidos. ¿De qué están hechos? Vamos a ver.

1. Electrolito de batería de iones de litio líquido

La elección del electrolito tiene un gran impacto en el rendimiento de las baterías de iones de litio. Debe ser químicamente estable, especialmente no es fácil de descomponer a potenciales más altos y ambientes de temperatura más alta, y tiene una conductividad iónica más alta (GG gt; 10-3s) / cm), y debe ser inerte para los materiales del ánodo y cátodo, y no puede corroerlos.

Las sales conductoras incluyen LiCIO4, LiPF6, LiBF6, LiA SF6 y LiOSO2CF3, y su conductividad eléctrica es del orden de LiAsF6> LiPF6> LiCIO4> LiBF6> LiOSO2CF3. El LiClO4 es propenso a problemas de seguridad como la explosión debido a su alta oxidabilidad, que generalmente se limita a estudios experimentales; LiAsF6 tiene alta conductividad iónica, fácil purificación y buena estabilidad, pero contiene As tóxico y su uso está restringido;

LiBF6 tiene poca estabilidad química y térmica y baja conductividad eléctrica. LiO SO2CF3 tiene poca conductividad eléctrica y tiene un efecto corrosivo en el electrodo, por lo que rara vez se usa; aunque LiPF6 sufrirá una reacción de descomposición, tiene una alta conductividad iónica, por lo que la batería de iones de litio actual utiliza básicamente LiPF6. Actualmente, la mayoría de los electrolitos utilizados en las baterías comerciales de iones de litio utilizan LiPF6 EC2DMC, que tiene una conductividad iónica más alta y una mejor estabilidad electroquímica.

2. Electrolito sólido

El uso directo de litio metálico como material anódico tiene una alta capacidad reversible, su capacidad teórica es tan alta como 3862mAh-g-1, que es más de diez veces la de los materiales de grafito, y el precio es menor. Se considera la nueva generación más atractiva de baterías de iones de litio. El material del ánodo, pero producirá litio dendrítico. El uso de electrolitos sólidos como conducción de iones puede inhibir el crecimiento de litio dendrítico, lo que hace posible que el litio metálico se utilice como material de ánodo. Además, el uso de electrolito sólido puede evitar las deficiencias de la fuga de electrolito líquido, y la batería se puede convertir en una batería de alta energía más delgada (solo 0,1 mm de grosor), mayor densidad de energía y menor volumen.

El electrolito de polímero sólido tiene las características de buena flexibilidad, propiedades de formación de película, estabilidad y bajo costo. Puede usarse como separador entre electrodos positivos y negativos y como electrolito para transferir iones.

Los electrolitos poliméricos sólidos generalmente se pueden dividir en electrolitos poliméricos sólidos secos (SPE) y electrolitos poliméricos en gel (GPE). El electrolito de polímero sólido SPE se basa principalmente en óxido de polietileno (PEO). Su desventaja es que la conductividad iónica es baja, que solo puede alcanzar los 10-40cm a 100 ° C.

La adición de un disolvente orgánico líquido con alta constante dieléctrica y bajo peso molecular, como PC, al electrolito de polímero sólido, puede mejorar en gran medida la solubilidad de la sal conductora. El electrolito formado es el electrolito de polímero de gel GPE, que tiene una temperatura alta a temperatura ambiente. Conductividad iónica, pero en el proceso de uso, se escapará y perderá su validez. Se han comercializado baterías de gel de polímero de iones de litio.

3. Electrolito en gel

Los componentes principales del electrolito de polímero en gel son básicamente los mismos que los del electrolito orgánico líquido, excepto que el electrolito orgánico líquido se adsorbe en la matriz de polímero en gel. Por lo tanto, además de las condiciones anteriores, también debe tener la adhesión entre el material activo del electrodo.Buena adhesión, todos los solventes están fijados en la matriz del polímero, no hay solvente orgánico libre, para garantizar que no haya fugas, buen rendimiento de flexión y alta mecánica. fuerza.

El electrolito de la batería de iones de litio debe cumplir:

Un ion de litio tiene una alta conductividad, que es 3 × 10-3 ~ 2 × 10-2S / cm en un amplio rango de temperatura;

B tiene una amplia ventana electroquímica, es decir, es estable en un amplio rango de voltaje (para baterías de iones de litio, debe ser estable a 4.5V) sin reacción de descomposición, es decir, tiene buena estabilidad a la oxidación.

C es químicamente estable, es decir, básicamente no reacciona con los materiales de los electrodos del sistema de batería, como el electrodo positivo, el electrodo negativo, el colector de corriente, el separador y el adhesivo;

Se garantiza que D sea líquido en un amplio rango de temperatura, generalmente esperamos que el rango de temperatura sea de -40 ~ +700C

E tiene buenas propiedades de solvatación de iones;

F no es tóxico, de baja presión de vapor, seguro de usar;

G puede promover la reacción reversible del electrodo tanto como sea posible y tiene buena compatibilidad con el electrodo;

H es fácil de preparar y económico.