22 лет персонализации аккумуляторов
Jun 22, 2023 Вид страницы：209
Электролиты играют решающую роль в литий-ионных батареях (литий-ионных батареях), поскольку они обеспечивают движение ионов лития между положительным и отрицательным электродами во время зарядки и разрядки.
Основная функция электролита в литий-ионном аккумуляторе — действовать как среда для переноса ионов лития между катодом (положительным электродом) и анодом (отрицательным электродом). Он обеспечивает поток ионов, предотвращая прямой контакт электродов, который может привести к короткому замыканию.
Электролит в литий-ионной батарее обычно представляет собой смесь литиевой соли и органического растворителя. Наиболее часто используемой солью лития является гексафторфосфат лития (LiPF6), хотя можно использовать и другие соли, такие как трифлат лития (LiCF3SO3) или перхлорат лития (LiClO4). Органические растворители обычно представляют собой комбинацию циклических карбонатов (например, этиленкарбоната или пропиленкарбоната) и линейных карбонатов (например, диметилкарбоната или диэтилкарбоната).
Электролит должен иметь высокую ионную проводимость, чтобы облегчить движение ионов лития. Это обеспечивает эффективные циклы зарядки и разрядки. Выбор комбинации растворителя и соли влияет на общую проводимость электролита.
Стабильность электролита имеет решающее значение для безопасной и надежной работы литий-ионных аккумуляторов. Электролит должен быть химически стабильным и не разлагаться при высоких напряжениях или температурах. Если электролит разрушается, он может выделять газ или вызывать образование слоев на границе раздела твердого электролита (SEI), что может повлиять на производительность и безопасность батареи.
Безопасность электролита является серьезной проблемой в технологии литий-ионных аккумуляторов. Электролит должен быть негорючим или иметь низкую горючесть, чтобы предотвратить реакции теплового разгона или возгорания батареи. Предпринимаются усилия по разработке твердотельных электролитов, которые устраняют необходимость в летучих и легковоспламеняющихся жидких электролитах.
Они часто включают небольшое количество добавок для повышения производительности и стабильности батареи. Эти добавки могут включать, помимо прочего, стабилизаторы, проводящие агенты и добавки, подавляющие рост литиевых дендритов (которые могут вызывать короткие замыкания). Общие добавки включают виниленкарбонат (VC) и фторэтиленкарбонат (FEC).
Исследователи постоянно изучают новые электролитные материалы и составы для улучшения производительности, безопасности и плотности энергии литий-ионных аккумуляторов. Твердотельные электролиты, в которых используется твердый материал вместо жидкости или геля, являются многообещающим направлением исследований для решения проблем безопасности и улучшения характеристик батареи.
Стоит отметить, что, хотя литий-ионные аккумуляторы широко используются в различных приложениях, включая портативную электронику, электромобили и системы хранения энергии, конкретные составы и конструкции электролитов могут варьироваться в зависимости от предполагаемого применения и желаемой производительности аккумулятора.
Что такое электролиты?
Электролиты в литий-ионных батареях являются ключевым компонентом структуры и функций батареи. Они отвечают за облегчение движения ионов лития между электродами батареи во время процессов зарядки и разрядки.
В литий-ионных батареях электролит обычно представляет собой жидкость или гелеобразное вещество, содержащее соли лития, растворенные в органическом растворителе. Наиболее часто используемыми солями лития являются гексафторфосфат лития (LiPF6), перхлорат лития (LiClO4) и тетрафторборат лития (LiBF4). Эти соли диссоциируют на ионы лития (Li+) и другие ионы при растворении в электролите.
Органический растворитель в электролите действует как среда для переноса ионов и помогает поддерживать стабильность батареи. Обычно используемые растворители включают, среди прочего, этиленкарбонат (ЭК), диэтилкарбонат (ДЭК), диметилкарбонат (ДМК) и этилметилкарбонат (ЭМС).
Во время работы батареи ионы лития перемещаются от положительного электрода (катода) литий-ионной батареи к отрицательному электроду (аноду) во время разряда и меняют направление во время зарядки. Электролит позволяет этим ионам лития мигрировать через раствор электролита, а также предотвращает прямой контакт катода и анода, который может вызвать короткое замыкание.
Помимо облегчения движения ионов лития, электролиты в литий-ионных батареях также играют роль в поддержании стабильности аккумуляторной системы, предотвращении нежелательных побочных реакций и обеспечении общей производительности и долговечности батареи.
Какие бывают электролиты?
Литий-ионные аккумуляторы состоят из нескольких различных типов электролитов, которые необходимы для их работы. Выбор электролита может варьироваться в зависимости от конкретной конструкции батареи и области применения.
Электролит играет решающую роль в производительности, безопасности и общих характеристиках литий-ионного аккумулятора. Исследователи постоянно изучают новые составы электролитов и материалы для улучшения плотности энергии, циклической стабильности и безопасности литий-ионных аккумуляторов.
Вот некоторые распространенные типы электролитов, используемых в литий-ионных батареях:
Жидкие электролиты
Наиболее широко используемыми электролитами в коммерческих литий-ионных батареях являются жидкие электролиты. Обычно они состоят из литиевой соли, такой как гексафторфосфат лития (LiPF6), растворенной в смеси органических растворителей, таких как этиленкарбонат (ЭК) и диметилкарбонат (ДМК). Жидкие электролиты обладают хорошей ионной проводимостью, но могут иметь проблемы с безопасностью из-за своей воспламеняемости и летучести.
Полимерные электролиты
Полимерные электролиты представляют собой твердые или гелеобразные материалы, содержащие соль лития, диспергированную в полимерной матрице. Эти электролиты могут быть изготовлены из различных полимеров, таких как полиэтиленоксид (ПЭО) или полиакрилонитрил (ПАН). Полимерные электролиты обеспечивают повышенную безопасность по сравнению с жидкими электролитами и могут использоваться в гибких и тонкопленочных батареях. Однако они обычно имеют более низкую ионную проводимость.
Твердотельные электролиты
Твердотельные электролиты являются многообещающей альтернативой как жидким, так и полимерным электролитам. Обычно они находятся в твердой фазе и обеспечивают повышенную безопасность, стабильность и более высокую ионную проводимость по сравнению с полимерными электролитами. Твердотельные электролиты могут быть основаны на различных материалах, включая керамику (например, литиевые гранаты) или твердые полимеры (например, материалы на основе полиэтиленоксида).
Гелевые электролиты
Гелевые электролиты представляют собой гибрид жидких и твердых электролитов. Они состоят из жидкого электролита, иммобилизованного в полимерной или гелевой матрице. Гелевые электролиты обеспечивают повышенную безопасность и механическую стабильность по сравнению с жидкими электролитами, сохраняя при этом более высокую ионную проводимость, чем большинство твердотельных электролитов.
Как электролит влияет на работу литий-ионных аккумуляторов?
Электролит играет решающую роль в работе литий-ионных аккумуляторов. Он служит средой для переноса ионов лития между положительным и отрицательным электродами во время циклов заряда и разряда. Свойства электролита могут существенно влиять на различные аспекты работы батареи, включая емкость, срок службы, удельную мощность, безопасность и диапазон рабочих температур. Вот несколько основных способов, которыми электролит влияет на производительность батареи:
Ионная проводимость
Основной функцией электролита является облегчение движения ионов лития между электродами. Проводимость электролита определяет скорость, с которой ионы могут мигрировать, влияя на выходную мощность аккумулятора и скорость заряда/разряда.
Безопасность
Электролиты должны быть стабильными и нереакционноспособными при нормальных условиях эксплуатации. Они должны противостоять разложению и тепловому разгону, что может привести к угрозам безопасности, таким как перегрев, возгорание или взрыв. Выбор компонентов электролита и добавок имеет решающее значение для обеспечения безопасности батареи.
Стабильность и совместимость
Электролит должен оставаться стабильным в течение многочисленных циклов зарядки/разрядки, сводя к минимуму побочные реакции, которые могут повредить электроды или привести к образованию межфазных слоев твердого электролита (SEI). Совместимость с электродными материалами необходима для обеспечения долговременной работы.
Диапазон рабочих температур
Электролиты имеют температурно-зависимую проводимость. Некоторые электролиты могут проявлять улучшенную проводимость при более высоких температурах, что обеспечивает лучшую производительность в высокотемпературных приложениях. Однако электролиты также должны эффективно работать при низких температурах, чтобы предотвратить снижение производительности в холодных условиях.
Емкость и срок службы
Состав электролита может влиять на общую емкость аккумулятора и срок службы. Нежелательные побочные реакции, такие как разложение электролита или образование дендритов, могут привести к уменьшению емкости или сокращению срока службы. Оптимизация химического состава электролита может смягчить эти проблемы.
Кулоновская эффективность
Кулоновская эффективность относится к отношению разряженного заряда к заряженному заряду в батарее. Свойства электролита могут влиять на кулоновскую эффективность, влияя на обратимость электрохимических реакций и минимизируя побочные реакции, которые необратимо потребляют ионы лития.
Оставить сообщение
Мы скоро свяжемся с вами
