Con la amplia popularidad de las baterías de iones de litio en diversas aplicaciones, su rendimiento y seguridad han atraído cada vez más atención. Los electrolitos son una parte importante de las baterías de iones de litio, que desempeñan el papel de conductores de iones. Añadir una cantidad adecuada de aditivos funcionales al electrolito no sólo puede optimizar el rendimiento de la batería, sino también mejorar su seguridad y vida útil. En cuanto a la batería de iones de litio, también puede consultar batería de litio frente a NiMH; batería de plomo-ácido frente a la de ión-litio; batería de ión sodio frente a la de ión litio.
El artículo presentará principalmente el concepto, los tipos, la proporción y las funciones del aditivos electrolíticos.
Composición básica del electrolito de las baterías de litio
El electrolito de las baterías de iones de litio suele estar compuesto por disolventes orgánicos, sales electrolíticas y diversos aditivos funcionales. Los disolventes orgánicos suelen utilizar carbonatos, como el carbonato de vinilo (CE), el carbonato de dimetilo (DMC), etc. Electrolito de batería suelen ser hexafluorofosfato de litio (LiPF6).
Sin embargo, los disolventes orgánicos básicos y las sales electrolíticas por sí solos no pueden satisfacer los requisitos de las pilas en cuanto a alta densidad energética de las baterías de litio, alto ciclo de vida de la batería y alta seguridad, por lo que es necesario añadir diversos aditivos funcionales para mejorar rendimiento de la batería.
Concepto básico de aditivos electrolíticos
Los aditivos electrolíticos se refieren a una pequeña cantidad de aditivos añadidos al electrolito para mejorar sus propiedades electroquímicas y mejorar la calidad de la deposición catódica. Aditivos electrolíticos son algunos compuestos orgánicos o inorgánicos naturales o sintéticos, generalmente no participan en la reacción del electrodo del proceso electrolítico, pero se puede cambiar el rendimiento electroquímico del sistema electrolítico, afectan a las condiciones de descarga de iones, por lo que el proceso electrolítico está en un mejor estado.
Añadiendo una pequeña dosis de aditivos al electrolito de la batería de iones de litio, se puede conseguir mejorar algunas prestaciones de la batería, como la capacidad reversible, la compatibilidad electrodo/electrolito y el rendimiento del ciclo, tasa c de la batería de iones de litio y seguridad de las pilas de iones de litio rendimiento, que desempeña un papel muy importante en la batería de litio. La cantidad de aditivos electrolíticos suele ser pequeña, pero es una parte indispensable del sistema electrolítico.
Tipos y funciones habituales de los aditivos para electrolitos de baterías de litio
Aditivo formador de película
Aditivos: Carbonato de etileno (CE), carbonato de propileno (PC), carbonato de fluoruro de vinilo (FEC), etc.
Función principal: En el primer proceso de carga y descarga de las baterías de litio, el aditivo formador de película puede formar una película estable de interfaz de electrolito sólido (SEI) en la superficie del electrodo negativo. La película SEI puede evitar eficazmente el contacto directo entre el electrolito y el material del electrodo negativo, reducir las reacciones secundarias y mejorar la estabilidad del ciclo de la batería.
Aditivo ignífugo
Aditivos: trimetilfosfato (TMP), hexafluorofosfato de etilo (FEP), pentafluorofosfato de propilo (FPP), etc.
Funciones principales: Las baterías de iones de litio son propensas al desbordamiento térmico en condiciones de alta temperatura o sobrecarga, lo que provoca incendios o explosiones. Los aditivos ignífugos pueden reducir la tendencia a la combustión del electrolito y mejorar la estabilidad térmica y la seguridad de la batería.
Aditivos de alta tensión
Aditivos: sulfato de vinilo (VEC), imida de litio (LiTFSI) (trifluorometilsulfonil), etc.
Funciones principales: En condiciones de alta tensión, el electrolito se descompone con facilidad, lo que afecta a la vida útil de la batería. Los aditivos de alta tensión pueden mejorar la estabilidad del electrolito, reducir los productos de descomposición y mejorar el rendimiento de alta tensión y la vida útil de la batería.
Aditivo de protección contra sobrecarga
Aditivosp-benzonitrilo (PTMN), ácido p-dimetilbenzoico (DMTB), etc.
Funciones principales: Cuando la batería se sobrecarga, este aditivo puede reaccionar rápidamente para formar una película aislante que impide la conducción electrónica, evita que la batería siga sobrecargándose, desempeña una función de protección contra la sobrecarga y mejora la seguridad de la batería.
Aditivos conductores
Aditivos: carbonato de vinilo (CE), fluorocarbonato de vinilo (FEC), fluorosulfonato de litio (LiFSI), etc.
Funciones principales: Los aditivos conductores pueden mejorar la conductividad iónica del electrolito, reducir la resistencia interna de la batería y mejorar el rendimiento de la velocidad y el rendimiento a baja temperatura de la batería.
Inhibidor de la deposición de litio
Aditivos: carbonato de etileno (CE), fluorocarbonato de vinilo (FEC), trifluoroacetato (TFAE), etc.
Funciones principales: En el proceso de carga rápida y descarga a alta velocidad, es fácil que el litio metálico precipite en la superficie del electrodo negativo, formando dendritas de litio, lo que provoca cortocircuitos y riesgos para la seguridad. El inhibidor de deposición de litio puede formar una película protectora en la superficie del electrodo negativo, inhibir la formación de dendritas de litio y mejorar la seguridad y la vida útil de la batería.
Efecto sinérgico de los aditivos del electrolito de las baterías de litio
En aplicaciones prácticas, un solo aditivo suele ser incapaz de satisfacer los múltiples requisitos de rendimiento de la batería, por lo que se suele recurrir al efecto sinérgico de múltiples aditivos.
Por ejemplo, el fluorocarbonato de vinilo (FEC) no sólo puede utilizarse como aditivo formador de película, sino que también mejora la conductividad y la estabilidad de alta tensión del electrolito. La combinación de aditivos ignífugos y aditivos de alto voltaje puede mejorar la estabilidad térmica de la batería y garantizar el funcionamiento estable de la misma. batería de litio de alta tensión.
Proporción de electrolito de batería de litio
La proporción de VC (carbonato de vinilideno) que se añade al electrolito de la batería de iones de litio suele determinarse en función del tipo y los requisitos de diseño de la batería. La proporción de adición de VC en el electrolito de la batería de litio hierro fosfato es de 3%-5%, que es superior a la proporción de adición de 1%-2% en el electrolito de la batería ternaria. Esto significa que en las baterías de litio hierro fosfato, la proporción de VC añadida suele estar entre 3% y 5%, y en las baterías ternarias, la proporción de VC añadida está entre 1% y 2%.
La proporción de adición de FEC (fluorocarbonato de vinilo) suele ser para mejorar el rendimiento a baja temperatura del electrolito y mejorar la estabilidad de ciclo de la batería. La cantidad de FEC añadida al electrolito suele oscilar entre 2% y 10%. Esta proporción puede ajustarse según el diseño específico y los requisitos de rendimiento de la batería.
El futuro desarrollo de los aditivos para electrolitos de baterías de litio
El desarrollo de aditivos electrolíticos para baterías de litio en el campo de la tecnología de baterías siempre ha sido una dirección de investigación activa. Con la mejora continua de los requisitos de rendimiento de las baterías, los futuros aditivos electrolíticos pueden desarrollarse en las siguientes direcciones:
Estabilidad a altas temperaturas: Con el rápido desarrollo de los vehículos eléctricos y las energías renovables, cada vez es más necesaria la estabilidad de las baterías de litio en entornos de altas temperaturas. Los futuros aditivos para electrolitos pueden centrarse en mejorar la estabilidad térmica del electrolito e inhibir la reacción de descomposición y evaporación del electrolito, prolongando así la vida útil de la batería.
Seguridad y durabilidad: La seguridad de las baterías de iones de litio siempre ha sido una preocupación importante. Los futuros aditivos para electrolitos pueden centrarse en mejorar la seguridad de las baterías. Por ejemplo, añadiendo aditivos capaces de absorber y solidificar líquidos para reducir el riesgo de fugas o cortocircuitos en las baterías. Además, la durabilidad también es un factor clave, y los futuros aditivos podrán ampliar la vida útil del ciclo de la batería y capacidad de la batería tasa de retención.
Rendimiento a baja temperatura: En entornos extremadamente fríos, el rendimiento de las baterías de litio suele ser limitado. Los futuros aditivos para electrolitos podrían centrarse en mejorar la potencia de salida de la batería y el rendimiento del ciclo a bajas temperaturas para satisfacer las necesidades de los vehículos eléctricos y los dispositivos electrónicos portátiles en regiones extremadamente frías.
Respeto del medio ambiente: Con la búsqueda del desarrollo sostenible, los futuros aditivos electrolíticos pueden tender a ser opciones más respetuosas con el medio ambiente. Esto incluye el uso de materiales renovables, la reducción o eliminación de la dependencia de sustancias tóxicas y la mejora del rendimiento de degradación de los aditivos para reducir su impacto ambiental.
Versatilidad: Los futuros aditivos electrolíticos pueden tener diversas funciones para satisfacer las necesidades de diferentes aplicaciones. Por ejemplo, los aditivos con función de autocuración pueden reparar pequeños daños de la batería y prolongar su vida útil; los aditivos con función de autodetección pueden controlar y regular el rendimiento del electrolito dentro de la batería.
Conclusión
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