Einführung in die Arten und Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterieelektrolyten

Einführung in die Arten und Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterieelektrolyten

2021-04-07

Elektrolyt ist ein wichtiger Bestandteil von Lithium-Ionen-Batterien und das „Blut“ von Lithium-Ionen-Batterien. Es ist das Medium der Li ⁺ -Übertragung während des Arbeitsprozesses von Lithium-Ionen-Batterien und besteht aus organischen Lösungsmitteln, Elektrolyt-Lithiumsalzen und Additiven.

Lithiumsalz des Elektrolyten ist eine Schlüsselkomponente des Elektrolyten, und seine physikalischen und chemischen Eigenschaften haben einen wichtigen Einfluss auf die Leistung des Elektrolyten. Nach den unterschiedlichen Zentralatomen des Anions im Lithiumsalz lassen sich gängige Lithiumsalze in folgende Kategorien einteilen:

1. Lithiumsalz auf Phosphorbasis mit P als Zentralatom: LiPF ₆ ist ein typisches Lithiumsalz auf Phosphorbasis. In seiner Molekülstruktur ist das P-Zentralatom kovalent mit den 6 elektrisch anziehenden F-Atomen verbunden, wodurch die Ladungsstreuung am P-Zentralatom groß ist und Li ⁺ leicht dissoziiert.

Der auf LiPF ₆ basierende Elektrolyt hat die beste Gesamtleistung in Bezug auf Ionenleitfähigkeit, SEI-Filmbildung und Passivierung von Aluminiumstromkollektoren. Nachteilig ist, dass das Salz eine geringe thermische Stabilität aufweist und zu Zersetzungsreaktionen neigt. Wenn die Umgebungstemperatur 60 °C übersteigt, zersetzt sich das Salz erheblich und setzt das giftige Gas HF frei ^[1] .

2. Lithiumsalze auf Borbasis mit B als Zentralatom: Lithiumsalze auf Borbasis umfassen hauptsächlich Lithiumtetrafluorborat (LiBF ₄ ), Lithiumdifluoroxalatborat (LiDFOB) und Lithiumbisoxalatborat (LiBOB). Diese Art von Lithiumsalz Li ⁺ ist schwer dissoziierbar, daher ist die Ionenleitfähigkeit des entsprechenden Elektrolyten relativ gering. Darunter lässt sich LiBOB leicht in der negativen Elektrode reduzieren, und es ist leicht, einen übermäßigen Film auf der negativen Elektrode zu bilden, wenn es allein im Elektrolyten verwendet wird;

3. Lithiumimidsalze mit N als Zentralatom: Zu den Lithiumimidsalzen gehören hauptsächlich Lithiumbisfluorsulfonimid (LiFSI),

Lithiumbis((trifluormethyl)sulfonyl)azanid (LiTFSI) und Derivate dieser Salze. Bei dieser Art von Lithiumsalz ist das N-Atom in dieser Art von Lithiumsalz mit zwei elektrisch anziehenden Sulfonylgruppen verbunden, und die Ladung am N-Atom ist ausreichend delokalisiert. Daher weist der Elektrolyt eine Ionenleitfähigkeit auf, die mit der des auf LiPF 6 basierenden Elektrolyten vergleichbar _ist . Darüber hinaus liegt die thermische Zersetzungstemperatur dieser Salze über 200 ° C, was als vielversprechender neuer Lithiumsalztyp als Ersatz für LiPF _{6 angesehen wird} ^[2] .

Andere Lithiumsalze wie Kaliumperchlorat (LiClO ₄ ) und Lithiumhexafluorarsenat (LiAsF ₆ ) sind aufgrund großer versteckter Gefahren auf experimentelle Untersuchungen beschränkt. Darunter befindet sich das Element Cl in LiClO ₄ in der höchsten Oxidationsstufe und es besteht Explosionsgefahr, während LiAsF ₆ reduziert wird. Das Produkt Arsentrioxid ist stark krebserregend.

Referenzen _

[1] Li Qianhui, Zhang Ya, Zheng Dandan usw. Die Leistung von Lithiumbisfluoroxanthimid und seine Anwendung in Lithium-Ionen-Batterien [J]. Chemische Industrie Henan, 2020(37): 10-13.

[2] Zeng Shuangwei. Synthese von Lithiumbisfluorsulfonimid und Studie über das Korrosionsverhalten seines Elektrolyten auf Aluminiumfolie [D]. Lanzhou: Technische Universität Lanzhou, 2020:4-5.

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