ຄວາມໝາຍຂອງ lithium{0}}ion electrolyte ຫມໍ້ໄຟ lithium?

◆electrolytes ນ້ໍາແມ່ນຫຍັງ?

◆ແນະນໍາກັບ Solid Electrolytes

electrolyte, ເປັນອົງປະກອບທີ່ຂາດບໍ່ໄດ້ຂອງແບັດເຕີຣີ lithium-ion, ມີບົດບາດສຳຄັນໃນການສາກໄຟຂອງແບັດເຕີຣີ-ຮອບການລະບາຍ.

ມັນບໍ່ພຽງແຕ່ຮັບຜິດຊອບສໍາລັບການຂົນສົ່ງປະສິດທິພາບຂອງ lithium ions ແລະການດໍາເນີນການຂອງປະຈຸບັນ, ແຕ່ຍັງມີຄຸນສົມບັດ insulation ເອເລັກໂຕຣນິກເພື່ອປະສິດທິພາບປ້ອງກັນການໄຫຼຂອງເອເລັກໂຕຣນິກໂດຍກົງລະຫວ່າງ electrodes ໃນທາງບວກແລະທາງລົບ. ເວົ້າໃນຕົວຢ່າງ, electrolyte ແມ່ນຄ້າຍຄື "ເລືອດ" ພາຍໃນຫມໍ້ໄຟ lithium-ion, ຮັບປະກັນການເຊື່ອມຕໍ່ລະຫວ່າງວັດສະດຸ electrode ບວກແລະລົບ, ດັ່ງນັ້ນການຮັບປະກັນຄວາມຄືບຫນ້າກ້ຽງຂອງການສາກໄຟທັງຫມົດ-ຂະບວນການປ່ອຍ.

electrolyte ທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບຫມໍ້ໄຟ lithium{0}}ion ຄວນຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຫ້າຢ່າງຕໍ່ໄປນີ້:

ດ້ວຍ-ຄວາມຕ້ອງການຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານແບັດເຕີຣີ ແລະ ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນເລື້ອຍໆ, ເທັກໂນໂລຢີແບັດເຕີຣີກຳລັງພັດທະນາຢ່າງໄວວາ, ແລະວັດສະດຸ electrode ມີຄວາມກ້າວໜ້າຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ການພັດທະນາຂອງລະບົບ electrolyte ໄດ້ຊັກຊ້າ. ໃນປັດຈຸບັນ, ການພັດທະນາຂອງ lithium{3}} electrolytes ຫມໍ້ໄຟ lithium ສາມາດແບ່ງອອກຢ່າງກວ້າງຂວາງເປັນສາມປະເພດ: non- electrolytes ໃນນ້ໍາ, electrolytes aqueous, ແລະ solid{5}} electrolytes ຂອງລັດ.

ບໍ່ແມ່ນ-ທາດລະລາຍໃນນ້ຳ

 

ບໍ່ແມ່ນ-ໄຟຟ້າທາດລະລາຍໃນນ້ຳໃນ lithium-ແບດເຕີຣີ ion ໝາຍເຖິງລະບົບ electrolyte ທີ່ບໍ່ມີນ້ຳ, ສ່ວນໃຫຍ່ປະກອບດ້ວຍສານລະລາຍ, ສານລະລາຍ (ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວ ເກືອ lithium), ແລະສານເຕີມແຕ່ງ. ເຫຼົ່ານີ້ບໍ່ແມ່ນ-ຕົວເຮັດລະລາຍນ້ໍາໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນຕົວລະລາຍອິນຊີ, ແທນທີ່ຈະເປັນຕົວລະລາຍທີ່ມີນ້ໍາ, ເພື່ອຫຼີກເວັ້ນການ electrolysis ຂອງນ້ໍາຫຼືປະຕິກິລິຍາທາງລົບກັບວັດສະດຸ electrode. ເກືອ Lithium ແມ່ນຕົວນໍາຕົ້ນຕໍສໍາລັບການຂົນສົ່ງ lithium-ion, ທາດລະລາຍເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນການລະລາຍ, ການກະຈາຍ, ແລະສະຫນັບສະຫນູນເກືອ lithium, ແລະສານເຕີມແຕ່ງເຮັດຫນ້າທີ່ຕົ້ນຕໍເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບທາງເຄມີຫຼືຄວາມປອດໄພຂອງ lithium{6}}ຫມໍ້ໄຟ lithium.

ທາດອິເລັກໂທຣອຍທີ່ມີໃນການຄ້າ (ເຊັ່ນ: ອິເລັກໂທຣໄລດຂອງແຫຼວ) ທີ່ໃຊ້ໃນຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ແມ່ນປະກອບດ້ວຍເກືອ lithium ໜຶ່ງ ຫຼືຫຼາຍຊະນິດທີ່ລະລາຍຢູ່ໃນສານລະລາຍອິນຊີສອງຢ່າງ ຫຼື ຫຼາຍກວ່ານັ້ນ; electrolytes ທີ່ປະກອບດ້ວຍສານລະລາຍດຽວແມ່ນຫາຍາກຫຼາຍ. ເຫດຜົນຂອງການໃຊ້ສານລະລາຍຫຼາຍອັນແມ່ນວ່າ-ແບດເຕີຣີຂອງໂລກທີ່ແທ້ຈິງມີຄວາມຕ້ອງການທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ເຖິງແມ່ນວ່າກົງກັນຂ້າມ, ເຊິ່ງຍາກທີ່ຈະຕອບສະຫນອງໄດ້ໂດຍໃຊ້ຕົວລະລາຍດຽວ. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, electrolytes ອາດຈະຕ້ອງການ fluidity ສູງໃນຂະນະທີ່ຍັງມີຄວາມຄົງທີ່ dielectric ສູງ; ດັ່ງນັ້ນ, ສານລະລາຍທີ່ມີຄຸນສົມບັດທາງກາຍະພາບທີ່ແຕກຕ່າງກັນແມ່ນມັກຈະຖືກນໍາໃຊ້ໃນການປະສົມປະສານ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນລັກສະນະທີ່ແຕກຕ່າງກັນພ້ອມໆກັນ. ນອກຈາກນັ້ນ, ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ, ເກືອ lithium ບໍ່ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ພ້ອມກັນເນື່ອງຈາກວ່າການເລືອກເກືອ lithium ແມ່ນຈໍາກັດ, ແລະຂໍ້ດີຂອງພວກມັນບໍ່ປາກົດໄດ້ງ່າຍ.

ສານລະລາຍອິນຊີທີ່ເຫມາະສົມຄວນມີຄຸນສົມບັດທີ່ສໍາຄັນຕໍ່ໄປນີ້: ທໍາອິດ, ພວກມັນຕ້ອງການຄວາມຄົງທີ່ dielectric ສູງເພື່ອຮັບປະກັນການລະລາຍທີ່ດີຂອງເກືອ lithium; ອັນທີສອງ, ພວກເຂົາຄວນຈະມີຈຸດລະລາຍຕ່ໍາແລະຈຸດຮ້ອນສູງເພື່ອຂະຫຍາຍລະດັບອຸນຫະພູມຂອງ electrolyte; ອັນທີສາມ, ຄວາມຫນືດຕ່ໍາຊ່ວຍສົ່ງເສີມການເຄື່ອນຍ້າຍປະສິດທິພາບຂອງ lithium ions ໃນຂະຫນາດກາງ; ແລະສຸດທ້າຍ, ສານລະລາຍເຫຼົ່ານີ້ຄວນຈະມີລາຄາຖືກ ແລະມີຄວາມເປັນພິດຕໍ່າ (ໂດຍສະເພາະບໍ່ມີ-ເປັນພິດ). ທາດປະສົມກາກບອນ, ເປັນໜຶ່ງໃນສານລະລາຍປອດສານພິດທີ່ໄວທີ່ສຸດ ແລະໃຊ້ກັນຢ່າງກວ້າງຂວາງທີ່ສຸດໃນອຸດສາຫະກໍາຫມໍ້ໄຟ lithium-ion, ຄອບຄອງຕໍາແຫນ່ງທີ່ສໍາຄັນໃນພາກສະຫນາມຂອງ electrolytes ຫມໍ້ໄຟ.

ໃນປັດຈຸບັນ, ປະເພດຂອງສານລະລາຍນີ້ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບມີສອງຮູບແບບໂຄງສ້າງ: ວົງຈອນແລະລະບົບຕ່ອງໂສ້. ຕາຕະລາງຂ້າງລຸ່ມນີ້ສະຫຼຸບຕົວກໍານົດການທາງກາຍະພາບທີ່ກ່ຽວຂ້ອງຂອງຫຼາຍໆອັນທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປທີ່ບໍ່ແມ່ນ-ສານລະລາຍນໍ້າ, ອິເລັກໂທຣໄລ, ແລະສານລະລາຍອິນຊີ.

ໃນປັດຈຸບັນ, ສານລະລາຍ alkyl carbonate ແມ່ນຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນ electrolytes. ສານລະລາຍເຫຼົ່ານີ້ມີຄວາມຕ້ານທານການຜຸພັງທີ່ດີແລະມີຄວາມຫມັ້ນຄົງທີ່ດີເລີດພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂແຮງດັນສູງ. Cyclic carbonates, ເຊັ່ນ ethylene carbonate ແລະ propylene carbonate, ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກສໍາລັບການຄົງທີ່ dielectric ສູງ, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າພວກເຂົາສາມາດລະລາຍເກືອ lithium ໄດ້ປະສິດທິພາບຫຼາຍ; ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກກໍາລັງ intermolecular ທີ່ເຂັ້ມແຂງ, solvents ເຫຼົ່ານີ້ມີຄວາມຫນືດສູງ, ເຊິ່ງຊ້າລົງການເຄື່ອນໄຫວຂອງ lithium ions ພາຍໃນພວກມັນ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ກາກບອນລະບົບຕ່ອງໂສ້, ເຊັ່ນ: dimethyl carbonate ແລະ diethyl carbonate, ໃນຂະນະທີ່ມີຄວາມຫນືດຕ່ໍາ, ຍັງມີຄ່າຄົງທີ່ dielectric ຂ້ອນຂ້າງຕ່ໍາ, ເຮັດໃຫ້ປະສິດທິພາບການລະລາຍຂ້ອນຂ້າງບໍ່ດີສໍາລັບເກືອ lithium. ດັ່ງນັ້ນ, ເພື່ອກະກຽມລະບົບການແກ້ໄຂທີ່ມີການນໍາທາງ ionic ດີກວ່າ, ປະເພດຂອງສານລະລາຍຕ່າງໆມັກຈະຖືກປະສົມ, ເຊັ່ນ PC + DEC ຫຼື EC + DMC. ເກືອ lithium, ເປັນແຫຼ່ງຂອງ lithium ion ໃນ electrolyte, ມີບົດບາດສໍາຄັນໃນການຂົນສົ່ງ lithium-ion ion ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟແລະການປ່ອຍຫມໍ້ໄຟ lithium-ion. ປະສິດທິພາບຂອງພວກມັນມີຜົນກະທົບໂດຍກົງຕໍ່ຫຼາຍດ້ານຂອງແບດເຕີຣີ lithium{10}}ໄອອອນ, ລວມທັງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານ, ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານ, ຊ່ວງແຮງດັນໄຟຟ້າ, ອາຍຸວົງຈອນ, ແລະຄວາມປອດໄພ. ໃນປັດຈຸບັນ, ໃນການຄົ້ນຄວ້າຫ້ອງທົດລອງແລະການປະຕິບັດອຸດສາຫະກໍາ, ເກືອ lithium ທີ່ມີ radii anionic ຂະຫນາດໃຫຍ່ແລະຄວາມຫມັ້ນຄົງ redox ສູງໄດ້ຖືກເລືອກໂດຍປົກກະຕິ. ອີງຕາມອົງປະກອບທາງເຄມີຂອງພວກມັນ, ເກືອ lithium ສາມາດແບ່ງອອກເປັນສອງປະເພດຢ່າງກວ້າງຂວາງ: ເກືອ lithium ອະນົງຄະທາດແລະເກືອ lithium ອິນຊີ. ເກືອ lithium ອະນົງຄະທາດຫຼາຍຊະນິດໄດ້ຖືກພັດທະນາ, ລວມທັງ LiPF6, LiClO4, LIBF, ແລະ LIASF. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ເກືອ lithium ອິນຊີທີ່ໃຊ້ກັນທົ່ວໄປໃນຫມໍ້ໄຟ lithium{17}}ion ແມ່ນຖືກສ້າງຂື້ນໂດຍການເພີ່ມເອເລັກໂຕຣນິກ-ການຖອນກຸ່ມເຂົ້າໄປໃນ anions ຂອງເກືອ lithium ອະນົງຄະທາດເຫຼົ່ານີ້, ເຊັ່ນ: lithium dioxalato-borate (LiBOB), lithium difluorooxalatoborate,{20} lithium difluorooxalato (FB. difluorosulfonylimide (LiFSI), ແລະ lithium ditrifluoromethylsulfonylimide (LTFSI).ຕາຕະລາງຂ້າງລຸ່ມນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄຸນສົມບັດທາງກາຍະພາບທີ່ກ່ຽວຂ້ອງຂອງເກືອ lithium ທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປຫຼາຍອັນໃນຫມໍ້ໄຟ lithium{22}}ion.

Additives ແມ່ນສານທີ່ເພີ່ມໃສ່ electrolyte ໃນຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຕ່ໍາ (ປົກກະຕິແລ້ວບໍ່ເກີນ 10% ໂດຍມະຫາຊົນ) ທີ່ມີຫນ້າທີ່ສະເພາະແລະສາມາດປັບປຸງຄຸນລັກສະນະທາງເຄມີຂອງຫມໍ້ໄຟຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ອີງຕາມການທໍາງານຂອງພວກມັນ, ສານເຕີມແຕ່ງເຫຼົ່ານີ້ສາມາດແບ່ງອອກເປັນຫຼາຍປະເພດ: ຟິມ-ສານເຕີມແຕ່ງ, ສານກັນໄຟ, ແລະສານເຕີມແຕ່ງເພື່ອປ້ອງກັນການສາກໄຟເກີນ. ນອກຈາກນັ້ນ, ຍັງມີສານເສີມທີ່ໃຊ້ເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບການນໍາ, ປັບປຸງປະສິດທິພາບພາຍໃຕ້-ອຸນຫະພູມຕ່ໍາ, ຫຼືຄວບຄຸມປະລິມານການຕິດຕາມແລະຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ HF ໃນການແກ້ໄຂ electrolyte.