Какие электролиты используются в литий-ионных аккумуляторах?

В литий-ионных батареях используются электролитные материалы, которые позволяют ионам лития перемещаться между положительными и отрицательными электродами во время электрохимических реакций, происходящих во время зарядки и разрядки. Электролит является важнейшим компонентом аккумулятора, поскольку он играет ключевую роль в общей производительности и безопасности системы. Вот некоторые распространенные материалы электролита, используемые в литий-ионных батареях:

литиевые соли

Наиболее распространенными солями лития, используемыми в электролите, являются гексафторфосфат лития (LiPF6), перхлорат лития (LiClO4), тетрафторборат лития (LiBF4), гексафторарсенат лития (LiAsF6) и бис(трифторметансульфонил)имид лития (LiTFSI). Эти соли диссоциируют в электролите с выделением ионов лития.

Растворители

Электролит обычно состоит из смеси органических растворителей, которая может включать комбинацию этиленкарбоната (EC), диметилкарбоната (DMC), диэтилкарбоната (DEC), этилметилкарбоната (EMC) и пропиленкарбоната (PC). Эти растворители помогают растворить соль лития и облегчить движение ионов лития.

Добавки

В электролит могут быть включены различные добавки для повышения производительности, стабильности и безопасности. Например, добавки к электролиту, такие как фторэтиленкарбонат (FEC) и виниленкарбонат (VC), могут улучшить стабильность границы раздела твердое тело-электролит (SEI) и продлить срок службы батареи.

3.2V 20A Низкотемпературная батарея LiFePO4 -40℃ 3C Разрядная емкость ≥70% Температура зарядки: -20~45℃ Температура разрядки: -40~+55℃ пройти тест на иглоукалывание -40℃ максимальная скорость разряда: 3C

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Полимерные электролиты

В некоторых современных литий-ионных батареях вместо жидкого электролита используются полимерные электролиты. Полиэтиленоксид (ПЭО) является распространенным полимером, используемым в этом контексте.

Ионные жидкости

В некоторых случаях ионные жидкости могут использоваться в качестве альтернативы традиционным органическим растворителям. Ионные жидкости — это соли, которые существуют в жидком состоянии при относительно низких температурах и могут обеспечить повышенную безопасность и стабильность.

Конкретная комбинация этих материалов зависит от конструкции и применения литий-ионной батареи, а также соображений, связанных с безопасностью, стоимостью и производительностью. Исследователи постоянно исследуют новые материалы и составы электролитов для повышения эффективности, безопасности и плотности энергии литий-ионных батарей.

Органический электролит

Органические электролиты являются важными компонентами литий-ионных аккумуляторов, облегчая перемещение ионов лития между положительными и отрицательными электродами во время зарядки и разрядки. В состав органического электролита входят соли лития, растворенные в смеси органических растворителей. Вот некоторые распространенные компоненты, используемые в органических электролитах для литий-ионных аккумуляторов:

Литиевая соль

Гексафторфосфат лития (LiPF6) Это одна из наиболее широко используемых солей лития в органических электролитах для литий-ионных аккумуляторов.

Низкотемпературный прочный полимерный аккумулятор для ноутбука с высокой плотностью энергии Спецификация аккумулятора: 11,1 В 7800 мАч -40 ℃ 0,2 C разрядная емкость ≥80% Пыленепроницаемый, устойчивый к падению, антикоррозийный, антиэлектромагнитный

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Перхлорат лития (LiClO4) Еще один вариант соли лития, который можно использовать в электролите.

Органические растворители:

Этиленкарбонат (EC) EC является распространенным растворителем в электролитах литий-ионных аккумуляторов. Это повышает проводимость и стабильность электролита.

Диметилкарбонат (DMC) DMC часто используется в качестве сорастворителя с EC для улучшения низкотемпературных характеристик.

Диэтилкарбонат (ДЭК) ДЭК – еще один растворитель, который может вносить вклад в общую смесь растворителей в электролите.

Этилметилкарбонат (ЭМС) ЭМС известен своим благотворным влиянием на поведение электролита при низких температурах.

Пропиленкарбонат (ПК) ПК часто добавляют в смесь растворителей для повышения стабильности при высоких температурах.

Добавки:

Фторэтиленкарбонат (FEC) FEC — это добавка к электролиту, которая помогает улучшить стабильность границы раздела твердый электролит (SEI) на электродах, способствуя повышению производительности аккумулятора.

Виниленкарбонат (VC) VC — еще одна добавка, используемая для повышения SEI и улучшения циклических характеристик литий-ионных батарей.

Кроме того, продолжаются усилия по разработке альтернативных электролитных систем, включая твердотельные электролиты, для решения определенных проблем, связанных с традиционными жидкими электролитами.

Твердый электролит

Твердые электролиты являются многообещающей альтернативой жидким электролитам в литий-ионных батареях, предлагая такие потенциальные преимущества, как повышенная безопасность, более высокая плотность энергии и улучшенная стабильность. Несколько типов твердых электролитов исследуются на предмет их применения в литий-ионных батареях.

Керамические твердые электролиты:

Фосфаты лития (LiPON) Литий-фосфорный оксинитрид (LiPON) представляет собой тонкопленочный твердый электролит, который изучался на предмет его потенциального использования в литий-ионных батареях. Это литийпроводящий керамический материал.

Li7La3Zr2O12 (LLZO) LLZO представляет собой твердый керамический электролит гранатового типа, обладающий высокой литий-ионной проводимостью и хорошей стабильностью.

Li3xLa2/3-xTiO3 (LATP) Литий-алюминий-титан-фосфат (LATP) — еще один керамический материал, который исследовался в качестве твердого электролита для литий-ионных аккумуляторов.

Полимерные твердые электролиты:

Полиэтиленоксид (ПЭО) ПЭО — это полимер, который можно использовать в качестве твердого электролита в литий-ионных батареях. Его часто комбинируют с солями лития для повышения литий-ионной проводимости.

Полимерные смеси Исследователи изучают различные полимерные смеси и композитные материалы для улучшения механической прочности, гибкости и общих характеристик полимерных электролитов.

Стеклянные твердые электролиты

Система Li2S-P2S5 Некоторые стеклообразные материалы, например, в системе Li2S-P2S5, оказались перспективными в качестве твердых электролитов из-за их высокой литий-ионной проводимости.

Li7P3S11Это стеклокерамический твердый электролит, продемонстрировавший хорошую литий-ионную проводимость и стабильность.

Композитные твердые электролиты:

Композитные материалы Исследователи работают над композитными твердыми электролитными материалами, которые сочетают в себе различные типы твердых электролитов или интегрируют твердые электролиты с другими материалами для достижения баланса свойств.

Твердотельные электролиты потенциально повышают безопасность, поскольку они исключают легковоспламеняющийся жидкий электролит, присутствующий в традиционных литий-ионных батареях. Однако все еще существуют такие проблемы, как сложность производства, стоимость и необходимость дальнейшего улучшения проводимости и стабильности. Текущие исследования направлены на решение этих проблем и приближение твердотельных литий-ионных батарей к коммерческой жизнеспособности.

Проводящий агент

В литий-ионных батареях к материалам электродов добавляются проводящие вещества для улучшения их электропроводности. В литий-ионных батареях используются два основных типа проводящих веществ: материалы на основе углерода и металлические проводящие добавки.

Проводящие агенты на основе углерода:

Углеродная сажа — это обычная проводящая добавка, используемая как в катодных, так и в анодных материалах литий-ионных батарей. Это форма мелкодисперсного углерода, которая повышает электропроводность и обеспечивает структурную поддержку.

Углеродные нанотрубки (УНТ) УНТ представляют собой цилиндрические структуры, состоящие из атомов углерода и обладающие превосходной электропроводностью. При включении в электродные материалы УНТ могут улучшить общую проводимость электродов.

Металлические проводящие добавки:

Порошки алюминия и меди. Металлические порошки, такие как алюминий и медь, можно добавлять в составы электродов для повышения электропроводности. Их часто используют в сочетании с материалами на основе углерода.

Металлические наночастицы Наноразмерные металлические частицы, такие как наночастицы никеля или серебра, могут быть включены в материалы электродов для улучшения проводимости.

Стоит отметить, что правильный выбор и оптимизация проводящих агентов имеют решающее значение для достижения оптимальных характеристик батареи, включая высокую плотность энергии и мощности, хорошую циклическую стабильность и общую эффективность.