Как ион лития мигрирует в органических электролитах?

Органический электролит

Как показано на рисунке 1, электролит действует как носитель внутри литиевой батареи, который обеспечивает транспортный путь для переноса ионов между положительными и отрицательными материалами. Если просто взять процесс зарядки в качестве примера, Li + удаляется из положительного активного материала, а концентрация Li + на поверхности частиц твердой фазы положительного электрода снижается, так что разница концентраций возникает между внутренней частью и поверхностью частица, так что Li + генерирует частицы, которые диффундируют изнутри наружу. В то же время Li +, образующийся в результате электрохимической реакции на поверхности частиц, попадает в электролит, и локальная концентрация области границы раздела в фазе раствора увеличивается, вызывая разницу в концентрации внутри фазы раствора, что приводит к диффузии и миграции. Li + изнутри наружу. В области отрицательного электрода, поскольку частицы отрицательного электрода электрохимически реагируют с Li + в электролите, Li + в фазе раствора расходуется, а концентрация Li + в фазе раствора снижается, что приводит к разнице в концентрации, что приводит к образованию Li + в фазе раствора снаружи внутрь диффузии и миграции.

В то же время на поверхности частиц отрицательного электрода происходит электрохимическая реакция, и Li + интеркалируется, вызывая разницу в концентрации внутри частиц, что вызывает диффузию Li + снаружи внутрь частиц. В сепараторе из-за разницы в концентрации, вызванной положительным и отрицательным электродами, Li + в этой области вызывает диффузию и миграцию от положительного электрода к отрицательному, и процесс разряда противоположен описанному выше процессу. Из описанного выше процесса видно, что нормальная и эффективная работа литиевой батареи в основном определяется миграцией ионов лития внутри батареи. Миграция ионов лития ограничена свойствами электролита, и на свойства электролита в основном влияют следующие факторы.

Растворение литиевой соли

Электролит состоит из растворенного вещества и растворителя. Растворенное вещество обычно выбирают из жидкости, состоящей из множества органических растворителей. Когда LiPF6 растворяется в растворителе, образуются ионы лития и отрицательные ионы PF6. Растворение литиевой соли тесно связано с диэлектрической проницаемостью растворителя, и чем больше диэлектрическая проницаемость, тем сильнее растворимость литиевой соли. Когда ионы лития полностью окружены молекулами растворителя, действие отрицательных ионов на ионы лития ослабляется, происходит так называемое растворение. Для солей лития, чем крупнее анион, тем лучше ионная проводимость электролита и его собственное растворение, потому что чем крупнее анион, тем легче рассеять его отрицательный заряд и предотвратить спаривание катионов.

2. Вязкость электролита.

Вязкость электролита оказывает важное влияние на движение ионов, и чем ниже вязкость, тем благоприятнее движение ионов.

Как описано выше, ионы лития переносятся и переносятся под влиянием растворения и вязкости электродной жидкости. В формуле 1 t + - это количество переносов, i + и i- представляют ток, образованный катионом и анионом, соответственно, он представляет полный ток, u ± представляет подвижность аниона и катиона, а D ± представляет коэффициент диффузии аниона и катиона.

Фактически, ионное сопротивление связано не только с анионами и катионами, но и с растворителем. Число миграций ионов можно выразить уравнением 2:

Среди них TLi ++ представляет количество миграций ионов лития, Δ V - напряжение поляризации, I ( ∞ ) - ток в установившемся состоянии после поляризации, а Rb и Rct - объемное сопротивление и сопротивление переносу заряда.

Электролит однофазной системы растворителей трудно иметь одновременно высокую проводимость и низкую вязкость. Поэтому обычно используемый растворитель электролита состоит из множества растворителей, таких как бинарный электролит. (Литиевая соль) + (1-w) (растворитель A) + w (растворитель B), единица m литиевой соли обычно представляет собой молярную концентрацию, моль / кг, а w - массовая доля растворителя. Для единичных электролитов не существует надежной теории, позволяющей предсказать вязкость и ионную проводимость электролита. Джонс-Доул (JD) и Дебай-Хюккель-Онсагер (DHO) предложили две эмпирические формулы: уравнение 3 и уравнение 4.

Где μr - относительная вязкость, μ - вязкость раствора, μ0 - вязкость чистого растворителя, C - концентрация соли лития, A, B и D - коэффициенты, Λ - молярная проводимость, а Λ0 - молярная проводимость состояние бесконечного разбавления. S - это параметр, на который влияют физические свойства растворителя и свойства электролита, а C - концентрация растворенного вещества, при изменении типа литиевой соли и растворителя эмпирическая формула также должна быть изменена. Для электролитов смешанной системы формула более сложная.

Следовательно, когда конфигурируется новый многокомпонентный электролит, характеристики электролита необходимо тестировать для определения, и предварительная оценка не может быть выполнена. Хотя ионная проводимость имеет большое влияние на характеристики батареи, другие факторы, такие как образование и характеристики SEI, также являются очень важными факторами, и следует также учитывать стабильность, токсичность и т.п. электролита при большом увеличении. Короче говоря, перед рассмотрением параметров ионной проводимости следует учитывать все факторы, связанные с фактическим производственным применением.

Страница содержит содержимое машинного перевода.