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Con l'ampia diffusione delle batterie agli ioni di litio in varie applicazioni, le loro prestazioni e la loro sicurezza hanno attirato sempre più attenzione. Gli elettroliti sono una parte importante delle batterie agli ioni di litio e svolgono il ruolo di conduzione degli ioni. L'aggiunta di una quantità adeguata di additivi funzionali all'elettrolita può non solo ottimizzare le prestazioni della batteria, ma anche migliorarne la sicurezza e la durata. Per quanto riguarda la batteria agli ioni di litio, è possibile controllare anche batteria al litio vs NiMH; Batteria al piombo e agli ioni di litio; Batteria agli ioni di sodio vs. ioni di litio.
L'articolo introdurrà principalmente il concetto, i tipi, la proporzione, le funzioni di additivi elettrolitici.
Composizione di base dell'elettrolita delle batterie al litio
L'elettrolita delle batterie agli ioni di litio è generalmente composto da solventi organici, sali elettrolitici e vari additivi funzionali. I solventi organici utilizzano comunemente carbonati, come il carbonato di vinile (EC), il dimetilcarbonato (DMC), ecc. Elettrolita della batteria I sali di litio sono solitamente l'esafluorofosfato di litio (LiPF6).
Tuttavia, i solventi organici di base e i sali elettrolitici da soli non sono in grado di soddisfare i requisiti delle batterie in termini di elevata densità energetica delle batterie al litio, alto ciclo di vita della batteria e di elevata sicurezza, per cui è necessario aggiungere vari additivi funzionali per migliorare la qualità del prodotto. prestazioni della batteria.
Concetto di base degli additivi elettrolitici
Gli additivi elettrolitici si riferiscono a una piccola quantità di additivi aggiunti all'elettrolita per migliorarne le proprietà elettrochimiche e migliorare la qualità del deposito catodico. Gli additivi elettrolitici sono composti organici o inorganici, naturali o sintetici, che in genere non partecipano alla reazione dell'elettrodo nel processo elettrolitico, ma possono essere modificati per migliorare le prestazioni elettrochimiche del sistema elettrolitico, influenzando le condizioni di scarica degli ioni, in modo che il processo elettrolitico sia in uno stato migliore.
Aggiungendo una piccola dose di additivi all'elettrolita della batteria agli ioni di litio, è possibile migliorare alcune prestazioni della batteria, come la capacità reversibile, la compatibilità elettrodo/elettrolita e le prestazioni del ciclo, Velocità c della batteria agli ioni di litio e Sicurezza delle batterie agli ioni di litio prestazioni, che svolge un ruolo fondamentale nella batteria al litio. La quantità di additivi per elettroliti è solitamente piccola, ma è una parte indispensabile del sistema elettrolitico.
Tipi e funzioni comuni degli additivi per elettroliti per batterie al litio
Additivo per la formazione di film
Additivi: Carbonato di etilene (EC), carbonato di propilene (PC), carbonato di fluoruro di vinile (FEC), ecc.
Funzione principale: Nel primo processo di carica e scarica delle batterie al litio, l'additivo filmogeno può formare un film stabile di interfaccia elettrolitica solida (SEI) sulla superficie dell'elettrodo negativo. Il film SEI può prevenire efficacemente il contatto diretto tra l'elettrolita e il materiale dell'elettrodo negativo, ridurre le reazioni collaterali e migliorare la stabilità del ciclo della batteria.
Additivo ritardante di fiamma
Additivi: trimetilfosfato (TMP), esafluorofosfato di etile (FEP), pentafluorofosfato di propile (FPP), ecc.
Funzioni principali: Le batterie agli ioni di litio sono soggette a un'esplosione termica in caso di temperature elevate o di sovraccarico, con conseguenti incendi o esplosioni. Gli additivi ritardanti di fiamma possono ridurre la tendenza a bruciare dell'elettrolita e migliorare la stabilità termica e la sicurezza della batteria.
Additivi per alta tensione
AdditiviSolfato di vinile (VEC), imide di litio (LiTFSI) (trifluorometil-solfonile), ecc.
Funzioni principali: In condizioni di alta tensione, l'elettrolita si decompone facilmente, compromettendo la durata della batteria. Gli additivi per alta tensione possono migliorare la stabilità dell'elettrolita, ridurre i prodotti di decomposizione e migliorare le prestazioni ad alta tensione e la durata della batteria.
Additivo per la protezione da sovraccarico
Additivip-benzonitrile (PTMN), acido p-dimetilbenzoico (DMTB), ecc.
Funzioni principali: Quando la batteria è sovraccarica, questo additivo può reagire rapidamente per formare una pellicola isolante che impedisce la conduzione elettronica, impedisce alla batteria di continuare a sovraccaricarsi, svolge un ruolo di protezione da sovraccarico e migliora la sicurezza della batteria.
Additivi conduttivi
Additivi: carbonato di vinile (EC), fluorocarbonato di vinile (FEC), fluorosolfonato di litio (LiFSI), ecc.
Funzioni principali: Gli additivi conduttivi possono migliorare la conducibilità ionica dell'elettrolita, ridurre la resistenza interna della batteria e migliorare le prestazioni di velocità e a bassa temperatura della batteria.
Inibitore della deposizione di litio
Additivi: carbonato di etilene (EC), fluorocarbonato di vinile (FEC), trifluoroacetato (TFAE), ecc.
Funzioni principali: Nel processo di carica rapida e di scarica ad alta velocità, il litio metallico precipita facilmente sulla superficie dell'elettrodo negativo, formando dendriti di litio, con conseguenti cortocircuiti e rischi per la sicurezza. L'inibitore della deposizione del litio può formare una pellicola protettiva sulla superficie dell'elettrodo negativo, inibire la formazione di dendriti di litio e migliorare la sicurezza e la durata della batteria.
Effetto sinergico degli additivi per l'elettrolita delle batterie al litio
Nelle applicazioni pratiche, un singolo additivo spesso non è in grado di soddisfare i molteplici requisiti di prestazione della batteria, per cui si ricorre all'effetto sinergico di più additivi.
Ad esempio, il fluorocarbonato di vinile (FEC) può essere utilizzato non solo come additivo per la formazione di pellicole, ma anche per migliorare la conduttività e la stabilità ad alta tensione dell'elettrolita. La combinazione di additivi ritardanti di fiamma e additivi per l'alta tensione può migliorare la stabilità termica della batteria e garantire prestazioni stabili dell'elettrolita. batteria al litio ad alta tensione.
Proporzione di elettrolita per batterie al litio
La proporzione di VC (carbonato di vinilidene) aggiunta all'elettrolita della batteria agli ioni di litio viene solitamente determinata in base al tipo e ai requisiti di progettazione della batteria. La percentuale di aggiunta di VC nell'elettrolita della batteria al litio ferro fosfato è di 3%-5%, superiore alla percentuale di aggiunta di 1%-2% nell'elettrolita della batteria ternaria. Ciò significa che nelle batterie al litio ferro fosfato la proporzione di VC aggiunta è solitamente compresa tra 3% e 5%, mentre nelle batterie ternarie la proporzione di VC aggiunta è compresa tra 1% e 2%.
Il rapporto di aggiunta di FEC (fluorocarbonato di vinile) serve solitamente a migliorare le prestazioni a bassa temperatura dell'elettrolita e a migliorare la stabilità del ciclo della batteria. La quantità di FEC aggiunta all'elettrolita è generalmente compresa tra 2% e 10%. Questo rapporto può essere regolato in base alla progettazione specifica e ai requisiti di prestazione della batteria.
Lo sviluppo futuro degli additivi per gli elettroliti delle batterie al litio
Lo sviluppo di additivi per elettroliti per batterie al litio nel campo della tecnologia delle batterie è sempre stata una direzione di ricerca attiva. Con il continuo miglioramento dei requisiti di prestazione delle batterie, i futuri additivi elettrolitici potranno svilupparsi nelle seguenti direzioni:
Stabilità alle alte temperature: Con il rapido sviluppo dei veicoli elettrici e delle energie rinnovabili, la stabilità delle batterie al litio in ambienti ad alta temperatura è sempre più richiesta. I futuri additivi per elettroliti potrebbero concentrarsi sul miglioramento della stabilità termica dell'elettrolito e sull'inibizione della reazione di decomposizione ed evaporazione dell'elettrolito, prolungando così la durata della batteria.
Sicurezza e durata: La sicurezza delle batterie agli ioni di litio è sempre stata una preoccupazione importante. Gli additivi elettrolitici del futuro potrebbero concentrarsi sul miglioramento della sicurezza delle batterie. Ad esempio, aggiungendo additivi in grado di assorbire e solidificare i liquidi per ridurre il rischio di perdite o cortocircuiti nelle batterie. Inoltre, anche la durata è un fattore chiave e gli additivi del futuro potranno estendere la durata del ciclo della batteria e capacità della batteria tasso di ritenzione.
Prestazioni a bassa temperatura: In ambienti estremamente freddi, le prestazioni delle batterie al litio sono solitamente limitate. I futuri additivi elettrolitici potrebbero concentrarsi sul miglioramento della potenza della batteria e delle prestazioni del ciclo a basse temperature, per soddisfare le esigenze dei veicoli elettrici e dei dispositivi elettronici portatili nelle regioni estremamente fredde.
Rispetto dell'ambiente: Con il perseguimento dello sviluppo sostenibile, i futuri additivi elettrolitici potrebbero tendere a essere opzioni più rispettose dell'ambiente. Ciò include l'uso di materiali rinnovabili, la riduzione o l'eliminazione dell'uso di sostanze tossiche e il miglioramento delle prestazioni di degradazione degli additivi per ridurne l'impatto ambientale.
Versatilità: I futuri additivi elettrolitici potranno avere una varietà di funzioni per soddisfare le esigenze di diverse applicazioni. Ad esempio, gli additivi con funzione di auto-guarigione possono riparare i danni minori della batteria e prolungarne la durata; gli additivi con funzione di auto-sensing possono monitorare e regolare le prestazioni dell'elettrolito all'interno della batteria.
Conclusione
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