Quæ o l’é l’elettrolito inte unna batteria de litio?
elettrolito
L’elettrolito inte unna batteria de litio. Pe-o sòlito o l’é compòsto da-i sæ de litio, da-i solventi organichi e da-i additivi, comme se vedde inta figua 7{3}4. L’elettrolito o zeuga un ròllo fondamentale pe portâ avanti i ioin tra i elettrodi poxitivi e negativi de unna batteria de litio. I elettroliti son pe-o sòlito preparæ inte de condiçioin speçifiche e inte de proporçioin speçifiche da-i solventi biologichi d’erta-puria, di sæ de litio e di additivi neçessäi. Tanto che i materiali d’elettrodo determinan a denscitæ d’energia da batteria, l’elettrolito o determina fondamentalmente a seu vitta de çiclo, a seu prestaçion erta e bassa à temperatua e a seguessa. A compoxiçion de base de l’elettrolito a l’arresta relativamente invariâ; l’innovaçion a l’é pe-o ciù into sviluppo de neuvi sæ e additivi de litio, coscì comme unna comprenscion ciù profonda di proçesci e di meccanismi chimichi interfaçiæ ligæ a-e battëie à iòni de litio.
Gh’é tante qualitæ de sæ de litio, comme se vedde inta figua 7{1}5, ma pöchiscimi vëgnan deuviæ inte battëie à iòni de litio disponibile in sciô mercou. Un sâ de litio ideale o dovieiva avei e seguente propietæ:
1) Uplòn d’assoçiaçion, ch’a se soluisce de lengê inti solventi organichi, con garantî unn’erta conduttivitæ iònica de l’elettrolito.
2) Anioin con unna rescistensa antioscidante e de reduçion; i produti de reduçion o façilita a formaçion de un cine SEI stabile, bassa, bassa, bassa.
3) Boña stabilitæ chimica, sensa provocâ de reaçioin laterale dannose con di materiali d’elettrodo, di elettroliti ò di separatoî.
4) Proçesso de preparaçion sencillo, basso costo, no- teuscego e inquinamento* sensa problemi.
LiPF6 o l’é o sâ de litio ciù deuviou. Sciben che e seu propietæ individuale no son o seu ciù ecceçionale, o l’exibisce unna prestaçion complesciva relativamente ottimale inti elettroliti de solvente mesccio. LiPF6 o l’à i seguenti avvantaggi ciave:
1) Solubilitæ à bon patto e erta conduttivitæ iònica inti solventi no {1 ].
2) O peu formâ un film de pascivaçion stabile in sciâ superfiçie di colleçionisti de corrente de pellicola d’alluminio.
3) O forma sinergica un film de SEI stabile in sciâ superfiçie de l’elettrodo grafite con di solventi carbonati.
À tutti i mòddi, LiPF6 o l’à unna scarsa stabilitæ termica e o l’é propenso à de reaçioin de decompoxiçioin. I gròsci peuan dannezzâ o film SEI in sciâ superfiçie de l’elettrodo, deslenguâ i componenti attivi elettrodi poxitivi e portâ a-o decadimento de capaçitæ durante o çiclo.
LiBF o l’é ascì un additivo de sâ de litio deuviou pe commun. In confronto a-o LiPF6, o LiBF o l’à unna gamma de temperatua de fonçionamento ciù larga, unna stabilitæ de temperatua erta, megio, e unna prestaçion ciù erta.-}. O LiBF o l’à unn’erta conduttivitæ, unna larga finestra elettrochimica e unna boña stabilitæ termica. O seu ciù grande avvantaggio o l’é inti seu ben de pellicole de pellicole, dæto ch’o peu parteçipâ direttamente a-a formaçion do film SEI.
Strutturalmente, LiDFOB o l’é compòsto da-a meitæ de LiBOB e de LiBF, combiñando i avvantaggi do bon film- forma de LiBOB e a boña prestaçion de temporatua bassa de LiBF4. In confronto a-o LiBOB, LiDFOB o l’à unna solubilitæ ciù erta inti solventi de carbonato lineare e unna conduttivitæ d’elettroliti ciù erta. A seu prestaçion erta e bassa temperatua a l’é megio che LiPF4, e a l’à unna boña compatibilitæ co-o catòdo da batteria, a formaçion de un film de pascivaçion in sciâ superfiçie do pellicola d’alluminio e in sce l’inibiçion de l’oscidaçion di elettroliti.
I gruppi CF₃₃₃₂ i gruppi inta struttua LiTFSI an un fòrte elettron- ch'o l'asbriva, ch'o l'aggrava a delocalizzaçion da carrega negativa e o redue l'accobiamento de l'assoçiaçion de ioin, co-o resultato de unn'erta solubilitæ do sâ. Pe de ciù, LiTFSI o l’à unn’erta conduttivitæ elettrica, unn’erta temperatua de decompoxiçion termica e o no l’é de lengê idrolizzou; à tutti i mòddi, o corrodià gravemente i colleçionisti de corrente d’alluminio inte tenscioin ciù erte che 3,7V.
I atomi de fluoriña inta molecola LiFSI an de fòrte elettroin{- ch’an da fâ co-o delocalizzan a carrega negativa in sce N, co-o resultato de unn’assoçiaçion de ioin debole e unna dissoçiaçion façile de Li+, e donca pòrtan à unn’erta conduttivitæ.
O LiPO2F2 o mostra unna boña prestaçion bassa- a megioa a prestaçion de l’erta temperatua de l’elettrolito. Comme additivo, o peu formâ un film SEI ricco de LixPOyFz e LiF in sciâ superfiçie de l’elettrodo negativo, ch’o l’aggiutta à redue l’impedensa interfaçiale da batteria e à megioâ a prestaçion do çiclo da batteria. À tutti i mòddi, LiPO2F2 o soffre ascì de unna bassa solubilitæ.
O componente prinçipâ doliquido elettrolitoo l’é o solvente organico, ch’o deslengua i sæ de litio e o fornisce un portâ pe-i ioin de litio. Un solvente organico ideale pe un litio e elettrolito da batteria o l’à de beseugno de satisfâ e condiçioin che vëgnan apreuvo:
1) Constante de constante dilettrica e fòrte deslenguaçion pe-i sæ de litio.
2) ponto de fuxon bassa e ponto de bollimento erto, con mantegnî un stato liquido in sce un largo intervallo de temperatua.
3) Basso viscoxitæ, o traspòrto de litio de litio.
4) A boña stabilitæ chimica, a no dannezza a struttua de l’elettrodo poxitivo e negativo ò a deslengua i materiali d’elettrodi poxitivi e negativi.
5) ponto de flash, bon de seguessa, costo basso, no- teuscego e no-pololuto.
I solventi organichi pe commun deuviæ inte di elettroliti da batteria de litio. Pe ottegnî unna batteria à iòni de litio à l’erta prestaçion erta, se deuvia un solvente mesccio ch’o contëgne doî ò ciù solventi organichi, ch’o ghe permette de completâ un con l’atro e de ottegnî unna prestaçion complesciva ciù boña. E propietæ fixiche di solventi de carbònio commun vëgnan mostræ inta tabella 7-1.
Tabella 7-1 Proprietæ fixica di solvi de carbòniou commun
| Solve organico | Constante dielettrico relativo | Punto/puvino de fuxon | Punto/de laurea ch'o fabrica | Coeffiçente de viscoscitæ |
|---|---|---|---|---|
| Carbonato de l’etilene (EC) | 89.6 | 37 | 243 | 1.86 |
| Carbonato de propilene (PC) | 64.4 | -55 | 240 | 2.53 |
| Carbonato dimetilico (DMC) | 0.59 | 2 | 91 | 0.59 |
| Carbonato dietilico (DEC) | 2.8 | -43 | 126 | 0.75 |
| Carbonato de metil etilo (EMC) | 3.0 | -53 | 108 | 0.65 |
I solventi organichi eteri comprendan pe-o ciù di eteri à cadeña comme 1,2{4}dimetoscipropana (DMP), dimetoscimetano (DMM) e de dimetilo etilene (DME), e eteri çiclichi comme o tetraidrofuran (THF) e 2{6}). Pe-i solventi à cadeña, ciù longa a l’é a cadeña de carbònio, ciù a stabilitæ chimica, ma ciù erta a viscoxitæ e ciù bassa o tasso de migraçion di ioin litio. L’etere de dimetil de glicol de l’etilene o peu formâ un chelato relativamente stabile (LiPF6·DME) con l’esafluorofosfato de litio, ch’o mostra unna fòrte potensa de deslenguamento pe-e sæ de litio e co-o resultato de unn’erta conduttivitæ d’elettroliti. À tutti i mòddi, o DME o l’à unna scarsa stabilitæ chimica e o no peu formâ un film de pascivaçion stabile in sciâ superfiçie do materiale negativo de l’elettrodo.
I solventi carbonæ comprendan o carbonato çiclico comme o carbonato de propilene (PC) e o carbonato de l’etilene (EC) e i carbonati da cadeña comme o carbonato dimetilico (DMC), carbonato dietetilio (DEC) e carbonato etil (EMC). I carbonati çiclichi an unn’erta costante dielettrica, che rendan ciù solubili de litio, ma an ascì unn’erta viscoxitæ, co-o resultato de un tasso de migraçion de litio ciù basso. I carbonati de cadeña an unna bassa solubilitæ de sâ de litio dielettrico e de bassa, ma bassa viscoxitæ e boña flussion, ch’a façilita a migraçion de litio.
I tipi de sciamma {0}retardant di additivi pe-i elettroliti de litio en mostræ i elettroliti inta figua 7{3}7. I additivi, deuviæ inte de quantitæ picciñe, an di effetti scignificativi e son un metodo econòmico e prattico pe megioâ a prestaçion de battëie de litio [5}}ion. Azzonzendo unna dòse picciña de battëie d’elettrolito de litio [6}}, çerte caratteristiche de prestaçioin da batteria peuan vegnî megioæ into dettaggio, comme a capaçitæ reverscibile, a compatibilitæ d’elettrodo/elettrolito, a prestaçion do çiclo, a prestaçion do tasso e a prestaçion de seguessa, zeugâ inte de battëie de litio. Un additivo de batteria à iòni de litio ideale o dovieiva avei e quattro caratteristiche che vëgnan apreuvo:
1) Erta solubilitæ inti solventi organichi.
2) Unna quantitæ picciña a peu megioâ de mainea importante uña ò ciù caratteristiche de prestaçioin.
3) Nisciuña reaçion de scianco dannose con di atri componenti da batteria ch’influensan a prestaçion da batteria.
4) Basto, no teuscego ò basso ò basso.
In sciâ base da seu fonçion, i additivi peuan vegnî categorizzæ inte di additivi conduttoî, di additivi de proteçion de sorvecarrego, di additivi de retardo de sciamma, di additivi de filtro SEI, di additivi, protettoî do catòdo, stabilizzatoî LiPF6 e atri additivi fonçionali.
I additivi conduttivi megioan a prestaçion do tasso de battëie de litio. Dæto che i additivi conduttoî fonçioñan pe mezo de reaçioin de coordinaçion, vëgnan ciammæ ascì di additivi de ligando e vëgnan clascificæ inte di ligandi aniònichi, inti ligandi catiòtichi e di ligandi neutri basæ in sce l’ion ch’o l’interagisce.
I additivi de proteçion de l'esterno forniscian unna proteçion de sorvecarrego ò megioan a tolleransa a-a carrega. Son clascificæ fonçionalmente inte di additivi redox e inti additivi monòmero. A-o momento, i additivi redox en pe-o ciù a serie d’anisoli, ch’an di potençiali redox erti e unna boña solubilitæ. I additivi do monortô subiscian de reaçioin de polimerizzaçion sotta l’erta tenscion, che relascian di gas e o polimero o coverze a superfiçie do materiale do catòdo, con interrompî a carrega. I additivi monomero comprendan pe-o ciù di compòsti aromatichi comme o xilene e o fenilçicloean.
A fonçion di additivi retardanti de flame a l’à aumentou o ponto d’açendimento de l’elettrolito ò terminâ a reaçion radicale libera da cadeña ch’a l’inibisce a combuscion. I seu tipi son mostræ inta figua 7{{2}8. L’azzonta di retardatoî de sciamma a l’é uña de mainee importante pe redue l’infiammabilitæ de l’elettrolito, allargâ l’intervallo de temperatua de fonçionamento de battëie à iòni de litio e megioâ a seu prestaçion. I meccanismi d’açion di additivi retardanti de sciamma son pe-o ciù doî:
1) Con creâ un seu isolante tra a fase de gas e a fase condensâ, prevëgnan a combuscion tanto inte fase condensæ comme inte fase de gas.
2) cattuan di radicali liberi durante o proçesso de reaçion de combuscion, co-o terminâ a reaçion radicale libera da cadeña ch’a l’inibisce e reaçioin de combuscion tra e fase de gas.
