Com a grande popularidade das baterias de iões de lítio em várias aplicações, o seu desempenho e segurança têm atraído cada vez mais atenção. Os electrólitos são uma parte importante das baterias de iões de lítio, que desempenham o papel de condução de iões. A adição de uma quantidade adequada de aditivos funcionais ao eletrólito pode não só otimizar o desempenho da bateria, mas também aumentar a sua segurança e vida útil. Quanto à bateria de iões de lítio, pode também verificar pilha de lítio vs NiMH; bateria de chumbo-ácido vs ião de lítio; pilha de iões de sódio vs iões de lítio.
O artigo introduzirá principalmente o conceito, os tipos, a proporção e as funções de aditivos para electrólitos.
Composição básica do eletrólito da bateria de lítio
O eletrólito das baterias de iões de lítio é geralmente composto por solventes orgânicos, sais de electrólitos e vários aditivos funcionais. Os solventes orgânicos utilizam normalmente carbonatos, como o carbonato de vinilo (CE), o carbonato de dimetilo (DMC), etc. Eletrólito da bateria Os sais de lítio são geralmente hexafluorofosfato de lítio (LiPF6).
No entanto, os solventes orgânicos básicos e os sais electrolíticos, por si só, não conseguem satisfazer os requisitos das baterias em termos de elevada densidade energética das pilhas de lítio, elevado ciclo de vida da bateria e elevada segurança, pelo que é necessário adicionar vários aditivos funcionais para melhorar desempenho da bateria.
Conceito básico de aditivos para electrólitos
Os aditivos electrolíticos referem-se a uma pequena quantidade de aditivos adicionados ao eletrólito para melhorar as suas propriedades electroquímicas e melhorar a qualidade da deposição do cátodo. Os aditivos electrolíticos são alguns compostos orgânicos ou inorgânicos naturais ou sintéticos, geralmente não participam na reação do elétrodo do processo eletrolítico, mas podem ser alterados para o desempenho eletroquímico do sistema eletrolítico, afectam as condições de descarga dos iões, de modo a que o processo eletrolítico esteja num estado melhor.
Ao adicionar uma pequena dose de aditivos ao eletrólito da bateria de iões de lítio, é possível melhorar alguns desempenhos da bateria, tais como a capacidade reversível, a compatibilidade elétrodo/eletrólito e o desempenho do ciclo, taxa c da bateria de iões de lítio e segurança das pilhas de iões de lítio desempenho, que desempenha um papel muito importante na bateria de lítio. A quantidade de aditivos electrolíticos é normalmente pequena, mas é uma parte indispensável do sistema eletrolítico.
Tipos e funções comuns dos aditivos para electrólitos de baterias de lítio
Aditivo para formação de película
Aditivos: Carbonato de etileno (EC), carbonato de propileno (PC), carbonato de fluoreto de vinilo (FEC), etc.
Função principal: No primeiro processo de carga e descarga das baterias de lítio, o aditivo formador de película pode formar uma película estável de interface eletrólito sólido (SEI) na superfície do elétrodo negativo. A película SEI pode prevenir eficazmente o contacto direto entre o eletrólito e o material do elétrodo negativo, reduzir as reacções laterais e melhorar a estabilidade do ciclo da bateria.
Aditivo retardador de chama
Aditivos: fosfato de trimetilo (TMP), hexafluorofosfato de etilo (FEP), pentafluorofosfato de propilo (FPP), etc.
Funções principais: As baterias de iões de lítio são propensas a fugas térmicas sob alta temperatura ou sobrecarga, levando a incêndios ou explosões. Os aditivos retardadores de chama podem reduzir a tendência para a combustão do eletrólito e melhorar a estabilidade térmica e a segurança da bateria.
Aditivos de alta tensão
Aditivos: sulfato de vinilo (VEC), imida de lítio (LiTFSI) (trifluorometilsulfonilo), etc.
Funções principais: Em condições de alta tensão, o eletrólito é fácil de decompor, afectando a vida útil da bateria. Os aditivos de alta tensão podem melhorar a estabilidade do eletrólito, reduzir os produtos de decomposição e melhorar o desempenho da bateria em alta tensão e o seu ciclo de vida.
Aditivo de proteção contra sobrecarga
Aditivosp-benzonitrilo (PTMN), ácido p-dimetilbenzóico (DMTB), etc.
Funções principais: Quando a bateria é sobrecarregada, este aditivo pode reagir rapidamente para formar uma película isolante que impede a condução eletrónica, impede que a bateria continue a ser sobrecarregada, desempenha um papel de proteção contra a sobrecarga e melhora a segurança da bateria.
Aditivos condutores
Aditivos: carbonato de vinilo (EC), fluorocarbonato de vinilo (FEC), fluorossulfonato de lítio (LiFSI), etc.
Funções principais: Os aditivos condutores podem melhorar a condutividade iónica do eletrólito, reduzir a resistência interna da bateria e melhorar o desempenho da taxa e o desempenho a baixa temperatura da bateria.
Inibidor da deposição de lítio
Aditivos: carbonato de etileno (EC), fluorocarbonato de vinilo (FEC), trifluoroacetato (TFAE), etc.
Funções principais: No processo de carregamento rápido e descarga a alta velocidade, o lítio metálico precipita-se facilmente na superfície do elétrodo negativo, formando dendritos de lítio, o que resulta em curto-circuito e riscos para a segurança. O inibidor de deposição de lítio pode formar uma película protetora na superfície do elétrodo negativo, inibir a formação de dendritos de lítio e melhorar a segurança e a vida útil da bateria.
Efeito sinérgico dos aditivos para electrólitos de baterias de lítio
Em aplicações práticas, um único aditivo é muitas vezes incapaz de satisfazer os múltiplos requisitos de desempenho da bateria, pelo que o efeito sinérgico de vários aditivos é normalmente utilizado.
Por exemplo, o fluorocarbonato de vinilo (FEC) pode não só ser utilizado como um aditivo formador de película, mas também melhorar a condutividade e a estabilidade de alta tensão do eletrólito. A combinação de aditivos retardadores de chama e aditivos de alta tensão pode melhorar a estabilidade térmica da bateria e garantir o desempenho estável da bateria. bateria de lítio de alta tensão.
Proporção de eletrólito de bateria de lítio
A proporção de VC (carbonato de vinilideno) adicionada ao eletrólito da bateria de iões de lítio é normalmente determinada de acordo com o tipo e os requisitos de conceção da bateria. A proporção de adição de VC no eletrólito da bateria de fosfato de ferro-lítio é 3%-5%, que é superior à proporção de adição de 1%-2% no eletrólito da bateria ternária. Isto significa que, nas baterias de fosfato de ferro-lítio, a proporção de VC adicionada é normalmente entre 3% e 5%, e nas baterias ternárias, a proporção de VC adicionada é entre 1% e 2%.
O rácio de adição de FEC (fluorocarbonato de vinilo) destina-se geralmente a melhorar o desempenho a baixa temperatura do eletrólito e a melhorar a estabilidade do ciclo da bateria. A quantidade de FEC adicionada ao eletrólito situa-se geralmente entre 2% e 10%. Este rácio pode ser ajustado de acordo com os requisitos específicos de conceção e desempenho da bateria.
O desenvolvimento futuro dos aditivos para electrólitos de baterias de lítio
O desenvolvimento de aditivos para electrólitos de baterias de lítio no domínio da tecnologia das baterias tem sido sempre uma direção de investigação ativa. Com a melhoria contínua dos requisitos de desempenho das baterias, os futuros aditivos para electrólitos podem desenvolver-se nas seguintes direcções:
Estabilidade a altas temperaturas: Com o rápido desenvolvimento dos veículos eléctricos e das energias renováveis, a estabilidade das baterias de lítio em ambientes de alta temperatura é cada vez mais necessária. Os futuros aditivos para electrólitos podem centrar-se na melhoria da estabilidade térmica do eletrólito e na inibição da reação de decomposição e evaporação do eletrólito, prolongando assim a vida útil da bateria.
Segurança e durabilidade: A segurança das baterias de iões de lítio tem sido sempre uma preocupação importante. Os futuros aditivos para electrólitos podem centrar-se na melhoria da segurança das baterias. Por exemplo, adicionando aditivos que possam absorver e solidificar líquidos para reduzir o risco de fugas ou curto-circuitos nas baterias. Além disso, a durabilidade é também um fator-chave, e os futuros aditivos podem prolongar o ciclo de vida da bateria e capacidade da bateria taxa de retenção.
Desempenho a baixas temperaturas: Em ambientes extremamente frios, o desempenho das baterias de lítio é normalmente limitado. Os futuros aditivos para electrólitos podem centrar-se na melhoria da potência da bateria e do desempenho do ciclo a baixas temperaturas para satisfazer as necessidades dos veículos eléctricos e dos dispositivos electrónicos portáteis em regiões extremamente frias.
Respeito pelo ambiente: Com a procura de um desenvolvimento sustentável, os futuros aditivos para electrólitos podem tender a ser opções mais amigas do ambiente. Isto inclui a utilização de materiais renováveis, a redução ou eliminação da dependência de substâncias tóxicas e a melhoria do desempenho de degradação dos aditivos para reduzir o seu impacto ambiental.
Versatilidade: Os futuros aditivos para electrólitos podem ter uma variedade de funções para satisfazer as necessidades de diferentes aplicações. Por exemplo, os aditivos com função de auto-cura podem reparar pequenos danos na bateria e prolongar a sua vida útil; os aditivos com função de auto-sensor podem monitorizar e regular o desempenho do eletrólito no interior da bateria.
Conclusão
+86 - 18925002618
