په لیتیم بیټرۍ کې الکترولیټ څه شی دی؟
الکترولیت
په لیتیم- آیون بیټرۍ کې الکترولیت په بیټرۍ کې د ایونونو وړونکی دی. دا عموما د لیتیم مالګې، عضوي محلولونو، او اضافو څخه جوړ شوي، لکه څنګه چې په 7 شکل کې ښودل شوي-4. الکترولیت د لیتیم- آیون بیټرۍ د مثبت او منفي الکترودونو تر منځ د آیونونو په ترسره کولو کې مهم رول لوبوي، د هغې ګټې لکه لوړ ولتاژ او لوړ ځانګړي انرژي تضمینوي. الیکټرولایټونه عموما د ځانګړو شرایطو لاندې او په ځانګړي تناسب کې د لوړ- پاکوالي عضوي محلولونو، لیتیم مالګې، او اړین اضافه کولو څخه چمتو کیږي. پداسې حال کې چې الکترود مواد د بیټرۍ انرژي کثافت ټاکي، الیکټرولایټ په بنسټیز ډول د هغې دوره ژوند، د لوړ او ټیټ حرارت درجه فعالیت، او خوندیتوب ټاکي. د الکترولیت بنسټیز جوړښت نسبتا بدل شوی نه دی؛ نوښت په عمده توګه د ناول لیتیم مالګې او اضافه کولو په پراختیا کې دی، په بیله بیا د لیتیم آئن بیټرۍ کې د مداخلې کیمیاوي پروسو او میکانیزمونو ژوره پوهه.
د لیتیم مالګې ډیری ډولونه شتون لري، لکه څنګه چې په 7 شکل کې ښودل شوي-5، مګر ډیر لږ په سوداګریزه توګه د لیتیم آئن بیټرۍ کې کارول کیږي. یو مثالی لیتیم مالګه باید لاندې ځانګړتیاوې ولري:
1) د ټیټې اتحادیې درجې، په عضوي محلولونو کې په اسانۍ سره محلول کیږي، د الکترولیت لوړ ایونیک چالکتیا یقیني کوي.
2) د انټي اکسیډنټ او کمولو مقاومت سره انون؛ د کمولو محصولات د یو باثباته، ټیټ{1}} مقاومت لرونکي SEI فلم جوړول اسانه کوي.
3) ښه کیمیاوي ثبات، پرته له دې چې د الیکټروډ موادو، الکترولیتونو، یا جلا کونکو سره د زیانمن اړخ غبرګون لامل شي.
4) د چمتو کولو ساده پروسه، ټیټ لګښت، غیر- زهرجن او ککړتیا- وړیا.
LiPF6 ترټولو پراخه کارول شوي لیتیم مالګه ده. پداسې حال کې چې د دې انفرادي ملکیتونه خورا غوره ندي ، دا د کاربونیټ مخلوط محلول الیکټرولایټونو کې نسبتا غوره عمومي فعالیت ښیې. LiPF6 لاندې مهمې ګټې لري:
1) په غیر- آبی محلولونو کې مناسب محلول او لوړ ایونیک چالکتیا.
2) دا کولی شي د المونیم ورق اوسني راټولونکو په سطح کې یو مستحکم حرکت فلم رامینځته کړي.
3) دا په ترکیب سره د کاربونیټ محلولونو سره د ګرافیټ الیکټروډ سطح کې یو مستحکم SEI فلم جوړوي.
په هرصورت، LiPF6 ضعیف حرارتي ثبات لري او د تخریب عکس العملونو سره مخ دی. ضمني محصولات کولی شي د الیکټروډ په سطحه د SEI فلم زیانمن کړي، مثبت الکترود فعال اجزا منحل کړي، او د سایکل چلولو پرمهال د ظرفیت تخریب لامل شي.
LiBF یو عام استعمال شوی لیتیم مالګې اضافه کونکی هم دی. د LiPF6 په پرتله، LiBF د عملیاتي تودوخې پراخه سلسله لري، غوره لوړه-د تودوخې ثبات، او د تودوخې غوره فعالیت لري. LiBF لوړ چالکتیا، پراخه الیکټرو کیمیکل کړکۍ، او ښه حرارتي ثبات لري. د دې ترټولو لویه ګټه د دې فلم- په جوړښت کې ده، ځکه چې دا کولی شي په مستقیم ډول د SEI فلم په جوړولو کې برخه واخلي.
په ساختماني ډول، LiDFOB د LiBOB او LiBF له نیمایي مالیکولونو څخه جوړ شوی دی، د ښه فلم ګټې-د LiBOB جوړونې ملکیتونه او د LiBF4 ښه ټیټ-د تودوخې فعالیت ترکیب کوي. د LiBOB سره پرتله کول، LiDFOB په لاین کاربونیټ محلولونو کې لوړ محلولیت او لوړ الکترولیت چلونکي لري. د دې لوړه-د تودوخې او ټیټه-د تودوخې فعالیت د LiPF4 څخه ښه دی، او دا د بیټرۍ کیتوډ سره ښه مطابقت لري، د المونیم ورق په سطحه د غیر فعال کولو فلم جوړوي او د الکترولیت اکسیډیشن مخنیوی کوي.
د CF₃SO₂ ګروپونه د LiTFSI په جوړښت کې قوي الکترون-د ایستلو اغیز لري، کوم چې د منفي چارج غیر منطقي کولو ته وده ورکوي او د ایون ایسوسی ایشن جوړه کموي، چې په پایله کې د مالګې لوړ محلول کیږي. سربیره پردې، LiTFSI لوړ بریښنایی چالکتیا لري، د تودوخې د تخریب لوړه تودوخه، او په اسانۍ سره هایډرولیز نه کیږي؛ په هرصورت، دا به د 3.7V پورته ولټاژونو کې د المونیم اوسني راټولونکي په جدي توګه خراب کړي.
په LiFSI مالیکول کې د فلورین اتومونه قوي الکترون{0}}د ایستلو خاصیت لري، کوم چې په N باندې منفي چارج بې ځایه کوي، په پایله کې د ضعیف آیون اتحاد او د Li+ اسانه جلا کول، په دې توګه د لوړ چلښت لامل کیږي.
LiPO2F2 د ټيټ-د تودوخې فعالیت ښه کوي او همدارنګه د الیکٹرولیټ لوړ-د تودوخې فعالیت ښه کوي. د اضافي په توګه، دا کولی شي د منفي الکتروډ سطح کې د LixPOyFz او LiF بډایه SEI فلم جوړ کړي، کوم چې د بیټرۍ انټرفیسیل خنډ کمولو او د بیټرۍ دورې فعالیت ښه کولو کې مرسته کوي. په هرصورت، LiPO2F2 هم د ټیټ محلولیت سره مخ دی.
د اصلي برخهمایع الکترولیتعضوي محلول دی، کوم چې د لیتیم مالګې منحل کوي او د لیتیم آئنونو لپاره کیریر چمتو کوي. د لیتیم- آیون بیټرۍ الیکټرولایټ لپاره یو مثالی عضوي محلول د لاندې شرایطو پوره کولو ته اړتیا لري:
1) د لیتیم مالګې لپاره لوړ ډایالټریک ثابت او قوي تحلیل وړتیا.
2) ټیټ خټکي نقطه او د تودوخې لوړه نقطه، د تودوخې پراخه حد کې د مایع حالت ساتل.
3) ټیټ ویسکوسیټي، د لیتیم-ایون ټرانسپورټ اسانه کوي.
4) ښه کیمیاوي ثبات، د مثبت او منفي الکترود جوړښت ته زیان نه رسوي یا د مثبت او منفي الکتروډ مواد تحلیلوي.
5) لوړ فلش نقطه، ښه خوندیتوب، ټیټ لګښت، غیر- زهرجن او غیر- ککړتیا.
عام عضوي محلولونه چې د لیتیم- آیون بیټرۍ الکترولیتونو کې کارول کیږي په عمده ډول په کاربونیټ محلولونو او عضوي ایتر محلولونو ویشل شوي، لکه څنګه چې په 7 شکل کې ښودل شوي-6. د لوړ فعالیت لیتیم آئن بیټرۍ الیکټرولیټ ترلاسه کولو لپاره، یو مخلوط محلول چې دوه یا ډیر عضوي محلول لري معمولا کارول کیږي، دوی ته اجازه ورکوي چې یو بل بشپړ کړي او ښه عمومي فعالیت ترلاسه کړي. د عام کاربونیټ محلولونو فزیکي ملکیتونه په جدول 7-1 کې ښودل شوي.
جدول 7-1 د عام کاربونیټ محلولونو فزیکي ملکیتونه
| عضوي محلول | نسبي ډایالټریک ثابت | د خټکي نقطه / درجې | د جوش نقطه / درجې | د ویسکوسیټي کوفینټ |
|---|---|---|---|---|
| ایتیلین کاربونیټ (EC) | 89.6 | 37 | 243 | 1.86 |
| پروپیلین کاربونیټ (PC) | 64.4 | -55 | 240 | 2.53 |
| ډیمیتیل کاربونیټ (DMC) | 0.59 | 2 | 91 | 0.59 |
| ډایتیل کاربونیټ (DEC) | 2.8 | -43 | 126 | 0.75 |
| ایتیل میتیل کاربونیټ (EMC) | 3.0 | -53 | 108 | 0.65 |
عضوي ایتر محلولونه په عمده ډول د زنځیر ایترونه لکه 1,2- dimethoxypropane (DMP)، dimethoxymethane (DMM)، او ethylene glycol dimethyl ether (DME)، او سایکلیک ایترونه لکه tetrahydrofuran (THF) او 2{{6}-Tetrahydrofuran (Tetrahydrofuran) او 2{66}}-Tetrahydrophuran. د زنځیر ایتر محلولونو لپاره، د کاربن سلسله اوږده وي، د کیمیاوي ثبات ښه والی، مګر د ویسکوسیت لوړ او د لیتیم آئن مهاجرت کچه ټیټه ده. ایتیلین ګلایکول ډیمیتیل ایتر کولی شي د لیتیم هیکسافلووروفاسفیټ سره نسبتا مستحکم چیلیټ (LiPF6·DME) رامینځته کړي ، د لیتیم مالګو لپاره قوي تحلیلي ځواک ښیې او په پایله کې د لوړ الکترولیت چلښت رامینځته کوي. په هرصورت، DME ضعیف کیمیاوي ثبات لري او نشي کولی د منفي الیکټروډ موادو په سطحه یو مستحکم حرکت فلم جوړ کړي.
د کاربونیټ محلولونو کې سایکل کاربونیټ شامل دي لکه پروپیلین کاربونیټ (PC) او ایتیلین کاربونیټ (EC) ، او چین کاربونیټونه لکه ډیمیتیل کاربونیټ (DMC) ، ډایټیل کاربونیټ (DEC) ، او میتیل ایتیل کاربونیټ (EMC). سایکل کاربونیټونه لوړ ډایالیکټریک ثابت لري، د لیتیم مالګې ډیر محلول کوي، مګر دوی لوړ واسکوسیټي هم لري، چې په پایله کې د لیتیم- د مهاجرت کچه ټیټه ده. زنځیر کاربونیټونه ټیټ ډایالیکټریک ثابت او ضعیف لیتیم مالګې محلولیت لري ، مګر ټیټ ویسکوسیټي او ښه جریان لري ، د لیتیم- آیون مهاجرت اسانه کوي.
د لیتیم-آیون الکترولیتونو لپاره د شعاع-رټارډنټ اضافه کولو ډولونه په 7-7 شکل کې ښودل شوي. اضافه کونکي، په لږ مقدار کې کارول کیږي، د پام وړ اغیزې لري او د لیتیم{5}} آیون بیټرۍ فعالیت ښه کولو لپاره اقتصادي او عملي میتود دی. د لیتیم- آیون بیټرۍ په الکترولیت کې د لږ مقدار اضافه کولو سره، د بیټرۍ د فعالیت ځانګړتیاوې په ځانګړې توګه ښه کیدی شي، لکه د بیرته راګرځیدونکي ظرفیت، الکترود/الیکټرولایټ مطابقت، د سایکل فعالیت، د نرخ فعالیت، او د خوندیتوب فعالیت، د لیتیم- آیون بیټرۍ کې مهم رول لوبوي. یو مثالی لیتیم آئن بیټرۍ الیکټرولایټ اضافه کونکي باید لاندې څلور ځانګړتیاوې ولري:
1) په عضوي محلولونو کې لوړ محلول.
2) لږ مقدار کولی شي د پام وړ یو یا څو د فعالیت ځانګړتیاوې ښه کړي.
3) د نورو بیټرۍ اجزاو سره هیڅ زیان رسونکي اړخ عکس العملونه چې د بیټرۍ فعالیت اغیزه کوي.
4) ټیټ لګښت، غیر- زهرجن یا ټیټ زهرجن.
د دوی د فعالیت پراساس ، اضافه کونکي په کنډکټیو اضافه کونکو ، د ډیر چارج محافظت اضافه کونکي ، د شعاع ضد اضافه کونکي ، SEI فلم{0}} جوړونکي اضافه کونکي ، د کیتوډ موادو محافظت کونکي ، LiPF6 ثبات کونکي ، او نور فعال اضافو کې طبقه بندي کیدی شي.
کنډکټیو اضافه کول د لیتیم{0}} آیون بیټرۍ د الیکټرولایټ آئنونو سره همغږي کولو، د لیتیم مالګې تحلیل هڅوي، او د الکترولیت چلونکي زیاتوالي له لارې فعالیت ښه کوي. ځکه چې کنډکټیو اضافه کونکي د همغږۍ تعاملاتو له لارې کار کوي، دوی ته د لیګنډ اضافه کونکي هم ویل کیږي، او د متقابل آئن پراساس په anionic ligands، cationic ligands، او neutral ligands کې طبقه بندي شوي.
د ډیر چارج محافظت اضافه کونکي د ډیر چارج محافظت چمتو کوي یا د ډیر چارج زغم ته وده ورکوي. دوی په فعاله توګه د ریډکس اضافه کولو او مونومر اضافه کونکو کې طبقه بندي شوي. اوس مهال، redox additives په عمده توګه د انیسول لړۍ دي، کوم چې د ریډکس لوړ ظرفیت او ښه محلولیت لري. د مونومر اضافه کونکي د لوړ ولټاژ لاندې د پولیمر کولو عکس العملونو څخه تیریږي ، ګازونه خوشې کوي ، او پولیمر د کیتوډ موادو سطحه پوښي ، د چارج کولو مخه نیسي. Monomer additives په عمده توګه د اروماتیک مرکبات لکه xylene او phenylcyclohexane شامل دي.
د شعاع retardant additives د الکترولیټ د سوځولو نقطه پورته کولو یا د آزاد رادیکال چین عکس العمل پای ته رسولو سره فعالیت کوي چې احتراق مخنیوی کوي. د دوی ډولونه په 7 شکل کې ښودل شوي-8. د شعاع retardants اضافه کول د الیکټرولایټ سوځیدنې کمولو لپاره یو له مهمو لارو څخه دی ، د لیتیم آئن بیټرۍ عملیاتي تودوخې سلسله پراخه کوي ، او د دوی فعالیت ښه کوي. د شعاع retardant additives د عمل میکانیزمونه په عمده توګه دوه چنده دي:
1) د ګاز مرحلې او کنډنډ شوي مرحلې ترمینځ د انسولیټ پرت رامینځته کولو سره ، دوی په کنډنډ شوي او ګاز مرحلو کې د احتراق مخه نیسي.
2) دوی د احتراق عکس العمل پروسې په جریان کې وړیا رادیکالونه نیسي ، د آزاد رادیکال چین عکس العمل پای ته رسوي چې د ګاز مرحلو ترمینځ د احتراق تعامل مخه نیسي.
