सबसे पहले, लिथियम आयन बैटरी इलेक्ट्रोलाइट
इलेक्ट्रोलाइट लिथियम-आयन बैटरी के लिए चार प्रमुख सामग्रियों में से एक है। लिथियम-आयन बैटरी का रक्त लिथियम-आयन बैटरी की उच्च-वोल्टेज और उच्च-ऊर्जा ऊर्जा के लिए गारंटी है। इलेक्ट्रोलाइट मुख्य रूप से एक उच्च शुद्धता वाले कार्बनिक विलायक, एक इलेक्ट्रोलाइट लिथियम नमक और एक आवश्यक एडिटिव के कच्चे माल से बना है, और कुछ शर्तों के तहत एक निश्चित अनुपात के अनुसार तैयार किया जाता है।
1.1 कार्बनिक विलायक
कार्बनिक विलायक आम तौर पर कम चिपचिपापन विलायक में उच्च ढांकता हुआ निरंतर विलायक के साथ मिलाया जाता है। आम तौर पर उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइट लिथियम लवण लागत, सुरक्षा और पसंद के मद्देनजर पोटेशियम परक्लोरेट, पोटेशियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट, पोटेशियम टेट्रफ्लुओरोबोरेट, आदि होते हैं, पोटेशियम हेक्सफ्लोरोफॉस्फेट यह मुख्य इलेक्ट्रोलाइट है जो वाणिज्यिक लिथियम आयन बैटरियों में उपयोग किया जाता है।
लिथियम आयन बैटरी इलेक्ट्रोलाइट्स में आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले कार्बनिक सॉल्वैंट्स एथिलीन कार्बोनेट (ईसी) डायथाइल कार्बोनेट (डीईसी), डाइमिथाइल कार्बोनेट (डीएमसी), एथिल मिथाइल कार्बोनेट (ईएमसी), प्रोपलीन कार्बोनेट (पीसी), ऐक्रेलिक एसिड बी एस्टर (ईए), मिथाइल हैं। acrylate (MA), और पसंद है। कार्बनिक विलायक को उपयोग करने से पहले कड़ाई से नियंत्रित किया जाना चाहिए विलायक की शुद्धता का संबंध स्थिर वोल्टेज से होता है। कार्बनिक विलायक की नमी योग्य इलेक्ट्रोलाइट बनाने में निर्णायक भूमिका निभाती है। पानी को 10-6 से कम करने से लिथियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट के अपघटन को कम किया जा सकता है, एसईआई फिल्म के अपघटन को धीमा कर सकता है, और गैस वृद्धि को रोक सकता है। नमी की सामग्री आणविक चलनी सोखना, वायुमंडलीय या वैक्यूम आसवन, और एक अक्रिय गैस की शुरूआत द्वारा प्राप्त की जा सकती है। उच्च आयनिक चालकता के साथ एक समाधान प्राप्त करने के लिए ताकि लिथियम आयन तेजी से आगे बढ़ें, विलायक आम तौर पर एथिलीन कार्बोनेट (ईसी) + डाइमिथाइल कार्बोनेट (डीएमसी), एथिलीन कार्बोनेट (ईसी) + डायथाइल कार्बोनेट जैसे मिश्रित सामग्री है। एस्टर (डीईसी)।
1.2 इलेक्ट्रोलाइट लिथियम नमक
इलेक्ट्रोलाइट की सबसे बड़ी लागत के लिए इलेक्ट्रोलाइट लिथियम नमक के बारे में 40% इलेक्ट्रोलाइट लागत के लिए जिम्मेदार है। LiPF6 सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला इलेक्ट्रोलाइट लिथियम नमक है, जो नकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए स्थिर है, इसमें उच्च विद्युत चालकता, बड़ी निर्वहन क्षमता, छोटे आंतरिक प्रतिरोध और तेज चार्ज और निर्वहन गति है। हालांकि, यह नमी और एचएफ के प्रति संवेदनशील है, और इसकी प्रतिक्रिया शुष्क वातावरण (जैसे कि एक दस्ताना बॉक्स) में की जानी चाहिए। यह उच्च तापमान के लिए प्रतिरोधी नहीं है, और फॉस्फोरस पेंटाफ्लोराइड और लिथियम फ्लोराइड बनाने के लिए 80 ° C से 100 ° C पर अपघटन प्रतिक्रिया होती है। । लागत, सुरक्षा और अन्य पहलुओं को ध्यान में रखते हुए, लिथियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट में बकाया आयनिक चालकता, बेहतर ऑक्सीकरण स्थिरता और कम पर्यावरण प्रदूषण के फायदे हैं। यह वर्तमान में पसंदीदा लिथियम आयन बैटरी इलेक्ट्रोलाइट है और इसका उपयोग वाणिज्यिक लिथियम आयन बैटरी में भी किया जाता है। मुख्य इलेक्ट्रोलाइट। इसके अलावा, LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI और उच्च सुरक्षा और अच्छे चक्र प्रदर्शन के साथ लिथियम नमक इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम की अन्य श्रृंखला ने ध्यान आकर्षित किया है।
1.2.1 लिथियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट
वर्तमान में, LiPF6 की तैयारी प्रक्रिया पर संबंधित शोध को मुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: एचएफ विलायक विधि और आयन एक्सचेंज विधि। एचएफ? सॉल्वेंट विधि एक HF विलायक में LiF को भंग करके LiPF6 तैयार करने के लिए सबसे पारंपरिक विधि है और फिर सीधे एक फॉस्फोरस या फ्लोरीन युक्त पदार्थ को पेश किया जाता है, और अंतिम उत्पाद प्राप्त करने के लिए प्रतिक्रिया के बाद क्रिस्टल को वाष्पीकरण या ठंडा करता है। विधि औद्योगिक उपकरणों की मुख्य विधि है, और तैयार LiPF6 में उच्च शुद्धता और अच्छी गुणवत्ता है, और उच्च अंत लिथियम बैटरी उत्पादन की मांग के लिए उपयुक्त है। हालांकि, तैयारी प्रक्रिया में उपकरण और संचालन की उच्च मांग है, और LiPF6 में शेष एचएफ का बैटरी के प्रदर्शन पर काफी प्रभाव है।
LiPF6 के लिए एक अन्य प्रमुख उत्पादन विधि चेस्टनट एक्सचेंज विधि है। LiPF6 प्राप्त करने के लिए एक कार्बनिक विलायक में लिथियम युक्त यौगिक के साथ एक हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट के आयन एक्सचेंज की एक विधि का संदर्भ देता है। आयन एक्सचेंज विधि की मुख्य विशेषता यह है कि यह सरल और आसान है, लेकिन LiPF6 शुद्धता समस्या इसके व्यापक अनुप्रयोग को सीमित करती है।
1.2.2 नया लिथियम नमक
वर्तमान में, उच्च सुरक्षा और अच्छे चक्र प्रदर्शन के साथ लिथियम नमक इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम की एक श्रृंखला ने ध्यान आकर्षित किया है। पारंपरिक इलेक्ट्रोलाइट लिथियम नमक LiPF6 की तुलना में, हालांकि व्यापक क्षमता LiPF6 के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं कर सकती है, उनके पास विभिन्न पहलुओं में स्पष्ट लाभ हैं, जैसे कि LiBOB? अच्छा विद्युत रासायनिक स्थिरता और थर्मल स्थिरता है, स्थिर बनाने के लिए विशिष्ट सॉल्वैंट्स के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है? SEI? झिल्ली, जिसे ऊर्जा के बार-बार चक्र के बाद देखा जा सकता है। LiFSI उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ एक लिथियम बैटरी इलेक्ट्रोलाइट है। इसमें इलेक्ट्रोड सामग्रियों के साथ उत्कृष्ट चालकता और अच्छी संगतता है। LiBF4 में LiPF6 की तुलना में बेहतर रासायनिक और थर्मल स्थिरता है, और इसका सुरक्षा प्रदर्शन अधिक उल्लेखनीय है। हालांकि, बड़ी संख्या में प्रयोगात्मक डेटा साबित करते हैं कि एकल लिथियम नमक का उपयोग करके हमेशा कुछ अपरिहार्य निर्धारण होते हैं। उदाहरण के लिए, LiFSI एल्यूमीनियम जंग का कारण बनाना आसान है। LiBF4 में अपेक्षाकृत छोटा आयनों का त्रिज्या है, लिथियम आयनों के साथ मजबूत बातचीत, और कमजोर चालकता। यह अकेले इलेक्ट्रोलाइट लिथियम नमक के रूप में उपयोग के लिए लिथियम आयन बैटरी के रूप में प्रदर्शन में नीच है। इसलिए, विभिन्न संरचनाओं और विभिन्न संरचनाओं के लिथियम लवण को मिश्रित किया जाता है, ताकि समग्र इलेक्ट्रोलाइट सरल इलेक्ट्रोलाइट्स के पास नहीं होने वाले उत्कृष्ट गुणों को प्रदर्शित करता है, जिससे विभिन्न पहलुओं में इलेक्ट्रोलाइट प्रदर्शन में सुधार होता है।
1.2.3 विभिन्न लिथियम लवणों के फायदे और नुकसान
LiBF4: कम तापमान का प्रदर्शन बेहतर है, लेकिन महंगा और कम घुलनशील है;
LiPF6: व्यापक प्रदर्शन बेहतर है, और नुकसान आसान जल अवशोषण और हाइड्रोलिसिस है;
LiBOB: उच्च तापमान प्रदर्शन बेहतर है, विशेष रूप से नकारात्मक इलेक्ट्रोड को विलायक के सम्मिलन क्षति को रोकता है, लेकिन घुलनशीलता बहुत कम है;
LiFSI: न केवल पर्यावरण के अनुकूल है, बल्कि अच्छी तापीय स्थिरता, नमी के प्रति संवेदनशीलता और विद्युत चालकता भी है;
LiPF2: उच्च तापमान चक्र प्रदर्शन और भंडारण प्रदर्शन, कम तापमान आउटपुट प्रदर्शन और ओवरचार्ज संरक्षण और लिथियम बैटरी के संतुलित क्षमता प्रदर्शन में सुधार करता है;
LiTFSI: अच्छा विद्युत स्थिरता, उच्च आयनिक चालकता, अच्छा थर्मल स्थिरता और हाइड्रोलाइज करना मुश्किल;
LiTDI: एक बहुत उच्च लिथियम आयन माइग्रेशन संख्या है, जो लिथियम नमक की मात्रा को कम करती है और बैटरी की लागत को कम करती है।
1.3.1 योजक
कई प्रकार के एडिटिव्स हैं, और विभिन्न लिथियम आयन बैटरी निर्माताओं की बैटरी के उपयोग और प्रदर्शन पर अलग-अलग आवश्यकताएं हैं, और चयनित एडिटिव्स का फोकस भी अलग है। सामान्य तौर पर, मुख्य रूप से उपयोग किए जाने वाले एडिटिव्स के निम्नलिखित प्रभाव होते हैं:
(1) एडिटिव बनाने वाली फिल्म
अकार्बनिक फिल्म बनाने वाले एडिटिव्स: SO2, CO2, और CO जैसे छोटे अणु एक निष्क्रिय फिल्म के निर्माण को बढ़ावा दे सकते हैं, और एक halide जैसे LiI या LiBr के अलावा भी passivation फिल्म में सुधार कर सकते हैं।
ऑर्गेनिक फिल्म बनाने वाले एडिटिव्स: आईसोले या इसके हैलोजेनेटेड डेरिवेटिव जैसे फ्लोराइड, क्लोरीनयुक्त और ब्रोमिनेटेड ऑर्गेनिक कंपाउंड बैटरी के चक्र प्रदर्शन को बेहतर कर सकते हैं और बैटरी की अपरिवर्तनीय क्षमता को कम कर सकते हैं। उनमें से, विनाइल कार्बोनेट (VC) एक बहुत अच्छी फिल्म बनाने वाला योजक है।
(2) इलेक्ट्रोलाइट में ट्रेस पानी और एचएफ एसिड एडिटिव्स को कम करना
कार्बोडाईमाइड यौगिक एक एसिड को LiPF6 के हाइड्रोलिसिस को रोक सकता है। इसके अलावा, कुछ धातु के आक्साइड जैसे कि Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 और जैसे का उपयोग HF को हटाने के लिए किया जाता है।
(3) ओवरचार्ज और ओवरडिस्क चार्ज एडिटिव्स को रोकें
ऑर्गेनिक अमाइन और इमीनेस, बाइफेनिल्स, और कार्बाज़ोल जैसे यौगिकों को ओवरचार्ज और ओवरडिस चार्ज को रोकने के लिए एडिटिव्स के रूप में उपयोग किया जाता है।
(4) ज्वाला मंदक योजक
ऑर्गनोफॉस्फोरस यौगिक जैसे टेट्राप्रोपोक्सीसिलीन (टीपीओएस), टेट्रामेथोक्सीसिलीन (टीएमओएस), ऑर्गोफ्लोरिन यौगिक और हैलोजेनेटेड अल्काइल फॉस्फेट का उपयोग उच्च क्वथनांक उच्च फ्लैश प्वाइंट गैर-ज्वलनशील यौगिकों में फ्लेमिसेंट एडिटिव के रूप में किया जाता है।
(5) कम तापमान प्रदर्शन additives में सुधार
एन, एन-डाइमिथाइलट्रीफ्लोरोसेटामाइड, ऑर्गेनिक बोराइड, फ्लोरीन युक्त कार्बोनेट और अन्य कम चिपचिपाहट, उच्च फ्लैश बिंदु बैटरी के कम तापमान प्रदर्शन में सुधार के लिए फायदेमंद है।
(6) बहुक्रियाशील योजक
12-क्राउन -4 को पीसी विलायक में जोड़ा जाने के बाद, इलेक्ट्रोड इंटरफेस में एसईआई फिल्म को इलेक्ट्रोड की पहली अपरिवर्तनीय क्षमता हानि को कम करने के लिए अनुकूलित किया गया था। इलेक्ट्रोलाइट को बीटीई और टीटीएफपी जैसे फ्लोरोनेटेड कार्बनिक सॉल्वैंट्स और हैलोजेनेटेड फॉस्फेट के अलावा न केवल एक उत्कृष्ट एसईआई फिल्म के निर्माण में योगदान देता है, बल्कि इलेक्ट्रोलाइट के लिए एक निश्चित या महत्वपूर्ण लौ मंदता भी है।