As baterias, a força motriz da solução de armazenamento de energiaAs pilhas e baterias contêm vários componentes críticos. Um dos mais importantes é o eletrólito da bateria. Muitas vezes esquecido, eletrólito de bateria desempenha um papel fundamental no desempenho global e no ciclo de vida de uma bateria. Este artigo tem como objetivo esclarecer a importância deste componente crucial e a forma como contribui para a funcionalidade das pilhas.
Análise da composição do eletrólito da bateria
O eletrólito é um componente importante das baterias de lítio. Conduz os iões de lítio para o interior da bateria e tem um impacto importante na desempenho da bateria e a vida útil da bateria. O eletrólito da bateria de lítio é normalmente composto por solventes orgânicos, electrólitos e aditivos.
1. Eletrólito
Os sais electrolíticos normalmente utilizados incluem principalmente o hexafluorofosfato de lítio, o tetrafluoroborato de lítio, etc. Em termos de custo, segurança, etc., o hexafluorofosfato de lítio é o mais comercializado.
2. Solvente
Os solventes orgânicos são a parte principal do eletrólito. Geralmente, são misturados solventes de elevada constante dieléctrica e solventes de baixa viscosidade. Os sistemas electrolíticos habitualmente utilizados incluem: EC+DMC, EC+DEC, EC+DMC+EMC, EC+DMC+DEC, etc. A pureza do solvente deve ser controlada e o teor de humidade deve ser reduzido para 10*10^(-6), o que pode reduzir a decomposição do hexafluorofosfato de lítio, reduzir a decomposição da membrana e evitar o inchaço.
3. Aditivos
Os aditivos são adicionados com uma pequena quantidade de substâncias orgânicas ou inorgânicas para melhorar o desempenho eletroquímico do eletrólito e melhorar a qualidade da deposição do ânodo. Os aditivos não participam na reação do elétrodo, mas afectam as condições de descarga iónica.
Tipo de eletrólito
1. Eletrólito líquido:
O eletrólito líquido é o tipo mais antigo de eletrólito utilizado nas baterias de lítio. Os seus principais ingredientes incluem sais de lítio, solventes orgânicos e aditivos. Entre eles, o sal de lítio desempenha o papel de condutor de iões de lítio, o solvente orgânico é o transportador para os iões de lítio migrarem na bateria e os aditivos podem melhorar a estabilidade e a condutividade do eletrólito.
2. Eletrólito em gel:
O eletrólito em gel é um eletrólito entre o estado líquido e o estado sólido. Caracteriza-se por uma elevada condutividade iónica e um baixo risco de fuga de líquido. O eletrólito em gel é constituído principalmente por uma matriz polimérica, sal de lítio, solvente orgânico e aditivos. Ao ajustar a proporção da matriz polimérica e do sal de lítio, é possível obter a gelificação do eletrólito, melhorando assim a segurança da bateria e o ciclo de vida.
3. Eletrólito sólido:
O eletrólito sólido refere-se ao eletrólito da bateria de lítio que não contém solventes orgânicos. Os seus principais componentes são o sal de lítio, a matriz polimérica e os aditivos. Os electrólitos sólidos oferecem maior segurança e densidade energética, mas enfrentam atualmente desafios em termos de condutividade iónica e ciclo de vida da bateria.
O papel do eletrólito da bateria
1. Proporcionar a transmissão de iões:
O eletrólito da bateria de lítio contém iões de lítio (Li+), que podem mover-se livremente no eletrólito. Durante o carregamento, os iões de lítio são libertados do elétrodo positivo e deslocam-se no eletrólito para o elétrodo negativo. Durante a descarga, os iões de lítio deslocam-se do elétrodo negativo para o elétrodo positivo. Os iões de lítio no eletrólito movem-se para trás e para a frente entre os eléctrodos para completar a transmissão da corrente.
2. Manter o equilíbrio da reação da bateria:
O eletrólito da bateria de lítio também contém solventes e aditivos, tais como solventes orgânicos e sais. Estas substâncias desempenham um papel importante na manutenção do equilíbrio da reação da bateria e na garantia de que os iões de lítio podem ser transportados de forma eficiente e estável durante a transmissão entre o eletrólito e o elétrodo.
3. Manter a temperatura da bateria:
O solvente no eletrólito da bateria de lítio pode absorver e libertar energia térmica e regular a temperatura da bateria. Quando a bateria está a funcionar, uma vez que o processo de reação gera calor, o eletrólito pode evitar o sobreaquecimento da bateria através da absorção de calor e, ao mesmo tempo, evitar que a bateria fique demasiado fria através da libertação de calor.
Processo de preparação do eletrólito da bateria
1. Método de mistura física
O método de mistura física é um método simples e comummente utilizado para a preparação de electrólitos. Mistura principalmente sais de eletrólito, solventes e outras matérias-primas de acordo com uma determinada proporção e agita-os uniformemente. Em seguida, o eletrólito pode ser obtido através de pós-processamento, como a filtração e a desgaseificação. Este método tem as vantagens de um processo simples e de baixo custo, mas o desempenho do eletrólito preparado pode não ser suficientemente estável.
2. Método de co-fusão
O método eutéctico é um método em que as matérias-primas, como o sal eletrolítico e o solvente, são fundidas por aquecimento, sendo depois arrefecidas e solidificadas para obter um eletrólito. O eletrólito preparado por este método tem uma elevada condutividade iónica e estabilidade, mas o processo é complicado e o custo é elevado.
3. Método de síntese química
A síntese química é um método de conversão de matérias-primas em sais electrolíticos ou solventes através de reacções químicas. O eletrólito preparado por este método tem elevada pureza e excelente desempenho, mas o processo é complexo e o custo é elevado.
Métodos de ensaio para electrólitos
1. Teste de condutividade: A condutividade é um dos indicadores importantes do eletrólito, que reflecte o desempenho condutor do eletrólito. O teste de condutividade é normalmente medido com um medidor de condutividade.
2. Ensaio de viscosidade: A viscosidade é outro indicador importante do eletrólito, que reflecte a fluidez e o desempenho de transferência de massa do eletrólito. O ensaio de viscosidade é normalmente medido com um viscosímetro rotativo.
3. Teste de estabilidade química: O eletrólito será afetado por vários factores durante a utilização, como a temperatura, a luz, a oxidação, etc., pelo que é necessário efetuar um ensaio de estabilidade química. Os testes de estabilidade química são normalmente medidos através de métodos analíticos como HPLC e GC.
4. Ensaio de estabilidade eletroquímica: A estabilidade eletroquímica do eletrólito refere-se à capacidade do eletrólito de se manter estável durante o funcionamento da bateria. O ensaio de estabilidade eletroquímica é normalmente medido utilizando métodos como a voltametria cíclica e métodos de carga e descarga de corrente constante.
5. Teste de compatibilidade: O eletrólito tem de ser compatível com outros componentes da bateria. O teste de compatibilidade é geralmente medido por teste de imersão, teste de ciclo e outros métodos.
6. Teste de impurezas: As impurezas presentes no eletrólito afectam o desempenho e ciclo de vida da bateriaPor conseguinte, é necessário efetuar um teste de impurezas. Os testes de impurezas são geralmente efectuados através de métodos analíticos como HPLC e ICP-MS.
Estes métodos de ensaio podem ajudar a avaliar o desempenho e a qualidade dos electrólitos, fornecendo assim orientações para a conceção das baterias e fornecedor de bess de topo fabrico. Ao mesmo tempo, a preparação e a utilização do eletrólito também têm de cumprir rigorosamente os regulamentos de segurança e os procedimentos operacionais relevantes para garantir a segurança e a fiabilidade da bateria.
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