Mit der großen Beliebtheit von Lithium-Ionen-Batterien in verschiedenen Anwendungen haben ihre Leistung und Sicherheit immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Elektrolyte sind ein wichtiger Bestandteil von Lithium-Ionen-Batterien, die die Rolle der Ionenleitung spielen. Die Zugabe einer angemessenen Menge an funktionalen Additiven zum Elektrolyten kann nicht nur die Leistung der Batterie optimieren, sondern auch ihre Sicherheit und Lebensdauer erhöhen. Was die Lithium-Ionen-Batterie betrifft, so können Sie sich auch informieren über Lithium-Akku vs. NiMH; Bleibatterie vs. Lithium-Ionen-Batterie; Natrium-Ionen-Akku vs. Lithium-Ionen-Akku.
In diesem Artikel werden hauptsächlich das Konzept, die Arten, das Verhältnis und die Funktionen von Elektrolyt-Additive.
Grundlegende Zusammensetzung des Lithium-Batterie-Elektrolyts
Der Elektrolyt für Lithium-Ionen-Batterien besteht im Allgemeinen aus organischen Lösungsmitteln, Elektrolytsalzen und verschiedenen funktionellen Zusatzstoffen. Als organische Lösungsmittel werden in der Regel Carbonate wie Vinylcarbonat (EC), Dimethylcarbonat (DMC) usw. verwendet. Batterie-Elektrolyt Salze sind in der Regel Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6).
Organische Grundlösungsmittel und Elektrolytsalze allein können jedoch die Anforderungen an Batterien in Bezug auf eine hohe Lebensdauer nicht erfüllen. Energiedichte von Lithium-Batterien, hoch Lebensdauer der Batterie und hohe Sicherheit, so dass verschiedene funktionelle Zusatzstoffe hinzugefügt werden müssen, um die Batterieleistung.
Grundkonzept der Elektrolytzusätze
Elektrolytzusätze sind kleine Mengen von Zusatzstoffen, die dem Elektrolyten zugesetzt werden, um seine elektrochemischen Eigenschaften zu verbessern und die Qualität der Kathodenabscheidung zu erhöhen. Elektrolytzusätze sind einige natürliche oder synthetische organische oder anorganische Verbindungen, die im Allgemeinen nicht an der Elektrodenreaktion des elektrolytischen Prozesses beteiligt sind, aber die elektrochemische Leistung des Elektrolytsystems verändern können und die Entladungsbedingungen der Ionen beeinflussen, so dass der elektrolytische Prozess in einem besseren Zustand ist.
Durch die Zugabe einer geringen Dosis von Additiven zum Elektrolyt der Lithium-Ionen-Batterie können gezielt einige Leistungsmerkmale der Batterie verbessert werden, z. B. reversible Kapazität, Elektroden-/Elektrolyt-Kompatibilität, Zyklusleistung, c-Rate der Lithium-Ionen-Batterie und Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien Leistung, die eine sehr wichtige Rolle in der Lithiumbatterie spielt. Die Menge der Elektrolytzusätze ist in der Regel gering, aber sie sind ein unverzichtbarer Bestandteil des Elektrolytsystems.
Gängige Arten und Funktionen von Lithium-Batterie-Elektrolyt-Zusätzen
Filmbildendes Additiv
Zusatzstoffe: Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Vinylfluoridcarbonat (FEC), usw.
Hauptfunktion: Beim ersten Lade- und Entladevorgang von Lithiumbatterien kann das filmbildende Additiv einen stabilen Festelektrolyt-Grenzflächenfilm (SEI) auf der Oberfläche der negativen Elektrode bilden. Der SEI-Film kann den direkten Kontakt zwischen dem Elektrolyten und dem negativen Elektrodenmaterial wirksam verhindern, Nebenreaktionen reduzieren und die Stabilität des Batteriezyklus verbessern.
Flammhemmender Zusatzstoff
Zusatzstoffe: Trimethylphosphat (TMP), Ethylhexafluorophosphat (FEP), Propylpentafluorophosphat (FPP), usw.
Hauptfunktionen: Lithium-Ionen-Batterien neigen bei hohen Temperaturen oder Überladung zum thermischen Durchgehen, was zu Bränden oder Explosionen führen kann. Flammhemmende Zusatzstoffe können die Verbrennungsneigung des Elektrolyten verringern und die thermische Stabilität und Sicherheit der Batterie verbessern.
Hochspannungsadditive
ZusatzstoffeVinylsulfat (VEC), Lithium-(LiTFSI)-Imid (Trifluormethylsulfonyl), usw.
Hauptfunktionen: Unter Hochspannungsbedingungen kann sich der Elektrolyt leicht zersetzen, was die Lebensdauer der Batterie beeinträchtigt. Hochspannungsadditive können die Elektrolytstabilität verbessern, Zersetzungsprodukte reduzieren und die Hochspannungsleistung und Lebensdauer der Batterie verbessern.
Überladungsschutz-Additiv
Zusatzstoffep-Benzonitril (PTMN), p-Dimethylbenzoesäure (DMTB), usw.
Hauptfunktionen: Wenn die Batterie überladen wird, kann dieser Zusatzstoff schnell reagieren und einen Isolierfilm bilden, der die elektronische Leitung behindert, eine weitere Überladung der Batterie verhindert, als Überladungsschutz dient und die Sicherheit der Batterie verbessert.
Leitende Zusatzstoffe
Zusatzstoffe: Vinylcarbonat (EC), Vinylfluorcarbonat (FEC), Lithiumfluorsulfonat (LiFSI), usw.
Hauptfunktionen: Leitfähige Additive können die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten verbessern, den Innenwiderstand der Batterie verringern und die Leistung der Batterie bei niedrigen Temperaturen verbessern.
Lithium-Abscheidungsinhibitor
Zusatzstoffe: Ethylencarbonat (EC), Vinylfluorcarbonat (FEC), Trifluoracetat (TFAE), usw.
Hauptfunktionen: Beim schnellen Aufladen und Entladen mit hoher Geschwindigkeit kann sich Lithiummetall leicht auf der Oberfläche der negativen Elektrode ablagern und Lithiumdendriten bilden, was zu Kurzschlüssen und Sicherheitsrisiken führt. Ein Lithiumabscheidungsinhibitor kann einen Schutzfilm auf der Oberfläche der negativen Elektrode bilden, die Bildung von Lithiumdendriten verhindern und die Sicherheit und Lebensdauer der Batterie verbessern.
Synergistische Wirkung von Lithium-Batterie-Elektrolyt-Zusatzstoffen
In der Praxis ist ein einzelnes Additiv oft nicht in der Lage, die vielfältigen Leistungsanforderungen der Batterie zu erfüllen, so dass in der Regel die synergistische Wirkung mehrerer Additive genutzt wird.
Vinylfluorcarbonat (FEC) kann beispielsweise nicht nur als filmbildendes Additiv verwendet werden, sondern verbessert auch die Leitfähigkeit und Hochspannungsstabilität des Elektrolyten. Die Kombination von Flammschutzadditiven und Hochspannungsadditiven kann die thermische Stabilität der Batterie verbessern und die stabile Leistung der Batterie gewährleisten. Hochspannungs-Lithium-Batterie.
Anteil des Lithium-Batterie-Elektrolyts
Der Anteil von VC (Vinylidencarbonat), der dem Lithium-Ionen-Batterie-Elektrolyten zugesetzt wird, wird in der Regel nach dem Typ und den Konstruktionsanforderungen der Batterie bestimmt. Der VC-Anteil im Lithium-Eisenphosphat-Batterieelektrolyt beträgt 3%-5%, was höher ist als der Anteil von 1%-2% im ternären Batterieelektrolyt. Das bedeutet, dass in Lithium-Eisenphosphat-Batterien der Anteil der VC-Zugabe normalerweise zwischen 3% und 5% liegt, während in ternären Batterien der Anteil der VC-Zugabe zwischen 1% und 2% liegt.
Die Zugabe von FEC (Vinylfluorcarbonat) dient in der Regel dazu, die Leistung des Elektrolyten bei niedrigen Temperaturen zu verbessern und die Zyklenstabilität der Batterie zu erhöhen. Die Menge an FEC, die dem Elektrolyten zugesetzt wird, liegt im Allgemeinen zwischen 2% und 10%. Dieses Verhältnis kann je nach der spezifischen Konstruktion und den Leistungsanforderungen der Batterie angepasst werden.
Die zukünftige Entwicklung von Lithium-Batterie-Elektrolyt-Zusatzstoffen
Die Entwicklung von Lithiumbatterie-Elektrolytadditiven im Bereich der Batterietechnologie ist seit jeher eine aktive Forschungsrichtung. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Anforderungen an die Batterieleistung können sich die zukünftigen Elektrolytadditive in die folgenden Richtungen entwickeln:
Hohe Temperaturstabilität: Mit der raschen Entwicklung von Elektrofahrzeugen und erneuerbaren Energien wird die Stabilität von Lithiumbatterien in Hochtemperaturumgebungen immer wichtiger. Zukünftige Elektrolytzusätze könnten sich darauf konzentrieren, die thermische Stabilität des Elektrolyten zu verbessern und die Zersetzungs- und Verdampfungsreaktion des Elektrolyten zu hemmen und so die Lebensdauer der Batterie zu verlängern.
Sicherheit und Haltbarkeit: Die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien war schon immer ein wichtiges Anliegen. Zukünftige Elektrolytadditive könnten sich auf die Verbesserung der Batteriesicherheit konzentrieren. Zum Beispiel durch die Zugabe von Additiven, die Flüssigkeiten absorbieren und verfestigen können, um das Risiko von Lecks oder Kurzschlüssen in Batterien zu verringern. Darüber hinaus ist auch die Haltbarkeit ein Schlüsselfaktor, und künftige Zusatzstoffe könnten die Lebensdauer der Batterie verlängern und Batteriekapazität Beibehaltungsquote.
Leistung bei niedrigen Temperaturen: In extrem kalten Umgebungen ist die Leistung von Lithiumbatterien in der Regel begrenzt. Zukünftige Elektrolytzusätze könnten sich auf die Verbesserung der Batterieleistung und der Zyklusleistung bei niedrigen Temperaturen konzentrieren, um den Anforderungen von Elektrofahrzeugen und tragbaren elektronischen Geräten in extrem kalten Regionen gerecht zu werden.
Umweltfreundlichkeit: Mit dem Streben nach nachhaltiger Entwicklung könnten künftige Elektrolytadditive umweltfreundlichere Optionen sein. Dazu gehören die Verwendung erneuerbarer Materialien, die Verringerung oder Abschaffung der Abhängigkeit von toxischen Stoffen und die Verbesserung der Abbaubarkeit von Additiven, um ihre Umweltauswirkungen zu verringern.
Vielseitigkeit: Zukünftige Elektrolytadditive können eine Vielzahl von Funktionen haben, um den Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden. So können beispielsweise Additive mit Selbstheilungsfunktion kleinere Batterieschäden reparieren und die Lebensdauer der Batterie verlängern; Additive mit Selbsterkennungsfunktion können die Elektrolytleistung innerhalb der Batterie überwachen und regulieren.
Schlussfolgerung
+86 - 18925002618
