◆Introduziun ai eletrolit solid
L'eletrolito, un compunent indispensabil debaterie a ion litio-, giœuga una funziun crucial in di cicli de carica-de scarica de la bateria.
L’è minga sultant respunsabil del trasport eficient di ion litio e de la conduziun de la curent, ma g’ha anca di proprietà de isolament eletronich per prevegnir el fluss dirett de eletrun intra i eletrodi pusitif e negatif. En mod figuratif, l’eletrolit l’è cuma el “sang” denter de una bateria a ion litio, garantind la cunnetività intra i materiai del eletrodo pusitif e negatif, garantind inscì el prugress lisc del inter prucess de scarica de carica.
Un eletrolit ideal per una bateria a ion litio-duvaria sudisfar i seguent ciinch requisit:
(1) High ionic conductivity (>10⁻3S/cm).
(2) Wide electrochemical window (>4,5 V cuntra Li+/Li).
(3) Buna cumpatibilità cunt i eletrodi, mantegnind la püsee basa resistenza interfacial pusibel.
(4) Eccellente stabilità termica e chimica, che permett a la bateria de funziunar en mod sicür sü un vast interval de temperadür.
(5) Bass cost, bas tossicità e ecologich.
Cun la dumanda semper püsee grand de densità de energia e de densità de putenza de la bateria, la tecnologia de la bateria la se sviluppa rapidament e i materiai di eletrodi g’han fatt di grand prugress. Al contrari, el desvilup dei sistema de eletrolit l’è restad indree. Atualment, el svilupp di eletrolit de bateria a ion litio pœu vèss ampiament clasificà en tri tip: eletrolit solvent minga acquei, eletrolit acquei e eletrolit a stat solid.
Elettrolit solvent minga -acquoso
I eletrolit solvent minga acquei in di bateri a ion litio se riferisen ai sistèm eletrolitich che g’han no aqua, principalment cumpost de solvent, solut (de solet sel de litio) e aditif. Chesti solvent minga aquos sun tipicament solvent organich, piutost che solvent aqus, per evitar l’eletrolisi del aqua o reaziun avverse cun materiai eletrodi. I sel de litio sun i purtadur primari per el trasport di ion de litio, i solvent fan da dissoluziun, dispersiun e suport ai sel de litio e i aditif funziunan principalment per mejiorà la prestaziun eletrochimich o la sicureza di bateri a ion de litio.
I eletrolit dispunibel in del cumercio (cioè eletrolit liquid) duperà en i bateri a ion de liti sun principalment cumpost de vun o püsee sel de liti dissolt en dü o püsee solvent organich; i eletrolit cumpost de un singul solvent sun rarissim. El mutif per duperà püsee solvent l’è che i bateri del mund real g’han di dumand diferent, anca cuntradittori, che sun dificil de sudisfà duperand un singul solvent. Par esempi, i eletrolit pœden dumandà una volta fluidità e anca avegh una volta custant dieletrich; donca, i solvent cun diferenti proprietà fisicochimich sun despess duperà en cumbinaziun, mustrand carateristich diferent cuntempuraneament. Ancamò, i sel de liti sun generalment minga duperà cuntempuraneament perché la seleziun di sel de liti l’è limitada e i luur vantagg sun minga facilment evident.
I solvent organich ideal dovarian avegh i seguent proprietà ciaf: Prim, g’han bisogn de una volta custant dieletrich per garantir una bona dissoluziun di sel de litio; segond, duvarian avegh un bas punt de fusiun e un volt punt de bolliment per slargar el interval de temperadüra de funziunament del eletrolit; terz, la bassa viscosità vœuta a favorir una migraziun eficient di ion de litio in del mez; e a la fin, qei solvents qì dovarissen vesser poc costos e haver-g una bassa tossicitaa (idealment miga-tossic). I cumpost de carbonat, cuma un di primi e püsee duperà solvent organich in del industria di bateri a ion litio, ocupan una posiziun crucial in del camp di eletrolit di bateri.
Atualment, chestu tip de solvent cumprend principalment dü furm strütürai: ciclich e a cadena. La tabella sottastant riassum i parameter fisich rilevant de diferent solvent, eletrolit e solvent organich minga -üs comunement duperà.
| Categoria | Sorta | Strutura | Punt de fusiun (grad) | Punt de bollitura (grad) | Pressiun de vapur individual (25 grad) | Densità relatif (25 grad)/(mPa·s) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Carbonat de etilene (CE) | Ciclich | 36.4 | 248 | 89,780 | 1,904 (40 grad) | |
| Carbonat de propileno (PC) | Ciclich | -48.4 | 242 | 64,920 | 2.53 | |
| Carbonati | Carbonat de butileno (BC) | Ciclich | -54.0 | 240 | 53,000 | 3.20 |
| Carbunà de dimetil (DMC) | Linear | 4.6 | 91 | 3,107 | 0.59 | |
| Carbonat de dietil (DEC) | Linear | -74.3 | 126 | 2,805 | 0.75 | |
| Carbonat de etil metil (EMC) | Linear | -53.0 | 110 | 2,958 | 0.65 |
Atualment, i solvent de carbonat de alchil sun ampiament duperà in di eletrolit. Chesti solvent g’han una bona resistenza a l’ossidaziun e mustran una stabilità ecellent en cundiziun de volta tensiun. I carbonat ciclich, cuma el carbonat de etilen e el carbonat de propilen, sun famus per i luur volt custant dieletrich, che vœur dì che pœden deslenguà i sel de liti en mod püsee eficaz; però, per i forti forzi intermolecùlari, chesti solvent g’han una volta viscosità, che rallenta el muviment di ion de litio denter de luur. Al cuntrari, i carbonat a cadena, cuma el carbonat de dimetil e el carbonat de dietil, anca se g’han una viscosità püsee basa, g’han anca di custant dieletrich relativament bas, cunt el resultà de un’eficienza de dissoluziun relativament scadent per i sel de litio. Donca, per preparà di sistèm de soluziun cun una condutività ionich superiur, sun despess mes’cià diferenti tip de solvent, cuma i cumbinaziun PC+DEC o EC+DMC. I sel de litio, cuma funt de ion de litio in del eletrolito, g’han una funziun impurtant in del trasport di ion de litio durant el prucess de carica e de scarica di bateri de ion de litio. La luur prestaziun influiss diretament sü tanti aspett di bateri a ion litio, cuma la densità de energia, la densità de putenza, l’interval de tensiun de funziunament, la durada del ciclo e la sicureza. Atualment, ind la recerca de laboratori e ind la pratega industrial, i sel de liti cont grands ragg anioneg e volta stabilitaa de ossid-reduzion inn tipegament selezionads. In su la bas de luur composiziun chimich, i sel de liti pœden vèss ampiament clasificà en dü categurì: sel de liti inorganich e sel de liti organich. Divers sel de liti inorganeg inn staits desvilupads, intra quei LiPF6, LiClO4, LIBF e LIASF. Al cuntrari, i sel de litio organich duperà de solet en i bateri a ion de litio sun formulà giuntant di grupp de eletrun ai anion de chesti sel de litio inorganich, cuma diossalato de litio borato (LiBOB), difluoxalato de litio. difluorosulfonilimida de litio (LiFSI) e ditrifluorometilsulfonilimida de litio (LTFSI). La tabela sottastant mustra i proprietà fisicochimich rilevant di diferent sel de litio comunement duperà en i bateri a ion de litio.
| Categoria | Sal al litio | Pes molecular (g/mol) | Solubil in di carbonat? | Solubil en aqua? | Condutività elettrich (1 mol/L, CE/DMC, 20 grad) (mS/cm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Sal de litio inorganich | LiPF6 | 151.91 | Aè | Aè | 10.00 |
| LiBFL | 93.74 | Aè | Aè | 4.50 | |
| Licl4 | 106.40 | Aè | Aè | 9.00 | |
| Sal de litio biologich | LiTFSI | 287.08 | Aè | Aè | 6.18 |
| LiFSI | 187.07 | Aè | Aè | 10.40 | |
| Libob | 193.79 | Aè | Aè | 0.65 |
I aditif sun sustanz giuntà al eletrolito en bas cuncentraziun (de solet no püsee del 10% en masa) che g’han di funziun specifich e pœden mejiorà significativament i carateristich eletrochimich de la bateria. In su la bas di luur funziun, chesti aditif pœden vèss ampiament clasificà en diferent categurì: aditif che furmen film-, ignifughi e aditif per prevegnir la suracarica. Ancamò, g’he sun aditif duperà per mejorar la condutività, utimizar la prestaziun en cundiziun de bas temperadüra o cuntrular i quantità de traccia e i cuncentraziun de HF in de la soluziun de eletrolit.