Lithium-Ionen-Batterie-Elektrolyttyp
1.1 flüssiger Elektrolyt
Die Wahl des Elektrolyts hat einen großen Einfluss auf die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien. Es muss eine gute chemische Stabilität aufweisen, insbesondere bei höheren Potentialen und Umgebungen mit höheren Temperaturen und eine höhere Ionenleitfähigkeit (> 10-3). S / cm) und muss gegenüber den Anoden- und Kathodenmaterialien inert sein, kann nicht in sie eindringen. Da der Lithium-Ionen-Akku ein hohes Lade- und Entladepotential aufweist und das Anodenmaterial in ein chemisch aktives Lithium eingebettet ist, muss der Elektrolyt eine organische Verbindung verwenden und darf kein Wasser enthalten. Die Ionenleitfähigkeit von organischem Material ist jedoch nicht gut, so dass dem organischen Lösungsmittel ein lösliches leitfähiges Salz zugesetzt wird, um die Ionenleitfähigkeit zu erhöhen. Gegenwärtig werden Lithium-Ionen-Batterien hauptsächlich als Elektrolyte verwendet. Die Lösungsmittel sind wasserfreie organische Substanzen wie EC, PC, DMC, DEC und die meisten von ihnen verwenden gemischte Lösungsmittel wie EC / DMC und PC / DMC. Die leitfähigen Salze sind LiClO 4, LiPF 6, LiBF 6, LiAsF 6 usw., und ihre Leitfähigkeit ist einmal LiAsF 6> LiPF 6> LiClO 4> LiBF 6. LiClO4 ist aufgrund seiner hohen oxidierenden Eigenschaften anfällig für Explosionen und andere Sicherheitsprobleme. Es ist im Allgemeinen auf experimentelle Forschung beschränkt. LiAsF6 hat eine hohe Ionenleitfähigkeit und ist leicht zu reinigen und weist eine gute Stabilität auf, enthält jedoch toxisches As, das nur begrenzt verwendet werden kann. LiBF6-Chemie Und die thermische Stabilität ist nicht gut und die Leitfähigkeit ist nicht hoch. Obwohl LiPF6 eine Zersetzungsreaktion durchläuft, weist es eine hohe Ionenleitfähigkeit auf, so dass Lithium-Ionen-Batterien im Wesentlichen LiPF6 verwenden. Gegenwärtig verwenden die meisten Elektrolyten, die in handelsüblichen Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, die EC / DMC von LiPF6, die eine hohe Ionenleitfähigkeit und eine gute elektrochemische Stabilität aufweist.
2.2 Festelektrolyt
Die Verwendung von metallischem Lithium direkt als Anodenmaterial hat eine hohe reversible Kapazität, und seine theoretische Kapazität beträgt 3862 mAh · g-1, was mehr als das Zehnfache der von Graphitmaterialien ist, und der Preis ist ebenfalls niedrig gilt als die optimale Anziehungskraft einer neuen Generation von Lithium-Ionen-Batterien. Das Anodenmaterial produziert dendritisches Lithium. Durch die Verwendung eines Festelektrolyts als Ionenleitung kann immer dendritisches Lithium wachsen, was die Verwendung von metallischem Lithium als Anodenmaterial ermöglicht. Darüber hinaus vermeidet die Verwendung eines Festelektrolyts den Nachteil eines zu großen Elektrolytaustritts und die Batterie kann zu einer dünneren (nur 0,1 mm dicken) Hochenergiebatterie mit einer höheren Energiedichte und einem kleineren Volumen gemacht werden. Zerstörende Experimente zeigen, dass Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien eine hohe Sicherheitsleistung aufweisen. Nach Liquidation, Erwärmung (200 ° C), Kurzschluss und Überladung (600%) und anderen zerstörenden Experimenten werden Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigem Elektrolyt auslaufen und explodieren. Sexuelle Probleme, während Festkörperbatterien keine anderen Sicherheitsprobleme haben, außer einem leichten Anstieg der Innentemperatur (<20 °=""> Festpolymerelektrolyte weisen eine gute Flexibilität, Formbarkeit, Stabilität und niedrige Kosten auf. Es kann als positive und negative Elektrodenabstandsschicht und als Elektrolyt für den Ionentransport verwendet werden.
Festpolymerelektrolyte werden im Allgemeinen in einen trockenen Festpolymerelektrolyten (SPE) und einen Gelpolymerelektrolyten (GPE) klassifiziert. SPE-Festpolymerelektrolyte basieren hauptsächlich auf Polyethylenoxid (PEO), das den Nachteil der geringen Ionenleitfähigkeit hat und bei 100 ° C nur 10-40 cm erreichen kann. In SPE tritt die Ionenleitung hauptsächlich im amorphen Bereich auf und der Transport wird durch die Bewegung der Polymerkette übertragen. PEO lässt sich aufgrund der hohen Regelmäßigkeit seiner Molekülkette leicht kristallisieren, und die Kristallisation verringert die Ionenleitfähigkeit. Um die Ionenleitfähigkeit zu erhöhen, ist es zum einen möglich, die Ionenleitfähigkeit zu reduzieren. Zur Verbesserung der Ionenleitfähigkeit wird daher einerseits die Löslichkeit des Polymers herabgesetzt. Pfropfen, Blockieren, Vernetzen, Copolymerisieren und dergleichen werden verwendet, um die Eigenschaften des Polymers für die Aushärtungskristalle zu zerstören, und dessen Ionenleitfähigkeit kann erheblich verbessert werden. Darüber hinaus kann die Zugabe eines anorganischen Verbundsalzes auch die Ionenleitfähigkeit erhöhen. Die Zugabe eines flüssigen organischen Lösungsmittels mit niedrigem Molekulargewicht mit hoher Dielektrizitätskonstante wie PC zu dem festen Polymerelektrolyten kann die Löslichkeit des leitfähigen Salzes stark verbessern. Der gebildete Elektrolyt ist ein GPE-Gelpolymerelektrolyt, der bei Raumtemperatur eine verbesserte Temperatur aufweist. Ionenleitfähigkeit, aber die Liquidation versagt während des Gebrauchs. Gel-Polymer-Lithiumionenbatterien wurden kommerzialisiert.