Cad é an leictrilít i gceallraí litiam?
leictrilít
Is é an leictrilít i gceallraí ian litiam iompróir na n-ian sa cheallraí. Go ginearálta tá sé comhdhéanta de shalainn litiam, tuaslagóirí orgánacha, agus breiseáin, mar a thaispeántar i bhFíor 7-4. Tá ról ríthábhachtach ag an leictrilít maidir le hiain a sheoladh idir na leictreoidí dearfacha agus diúltacha de cheallraí ian litiam, ag cinntiú go bhfuil a buntáistí ar nós ardvoltais agus ard-fhuinneamh sonrach. Go hiondúil ullmhaítear leictrilítí faoi choinníollacha sonracha agus i gcomhréireanna sonracha ó thuaslagóirí orgánacha ardíonachta, salainn litiam, agus breiseáin riachtanacha. Cé go gcinnfidh ábhair leictreoid dlús fuinnimh na ceallraí, cinneann an leictrilít go bunúsach a shaolré timthriall, feidhmíocht teocht ard agus íseal, agus sábháilteacht. Tá comhdhéanamh bunúsach an leictrilít fós sách gan athrú; luíonn an nuálaíocht go príomha le forbairt salainn litiam nua agus breiseáin, chomh maith le tuiscint níos doimhne ar na próisis agus na meicníochtaí ceimiceacha interfacial a bhaineann le cadhnraí litiam-ian.
Tá go leor cineálacha salainn litiam ann, mar a léirítear i bhFíor 7-5, ach is fíorbheagán a úsáidtear i gcadhnraí litiam-ian atá ar fáil ar bhonn tráchtála. Ba cheart go mbeadh na hairíonna seo a leanas ag salann litiam idéalach:
1) Céim comhlachais íseal, intuaslagtha go héasca i dtuaslagóirí orgánacha, ag cinntiú seoltacht ard ianach an leictrilít.
2) Anions le friotaíocht frithocsaídeach agus laghdaithe; éascaíonn táirgí laghdaithe scannán SEI cobhsaí, íseal-fhriotaíochta a fhoirmiú.
3) Cobhsaíocht mhaith ceimiceach, gan a bheith ina chúis le frithghníomhartha taobh díobhálacha le hábhair leictreoid, leictrilítí, nó deighilteoirí.
4) Próiseas ullmhúcháin simplí, ísealchostas, neamh-tocsaineach agus saor ó thruailliú-.
Is é LiPF6 an salann litiam is mó a úsáidtear. Cé nach bhfuil a chuid airíonna aonair an chuid is mó den scoth, taispeánann sé an fheidhmíocht fhoriomlán is fearr is féidir i leictrilítí tuaslagóirí measctha carbónáit. Tá na príomhbhuntáistí seo a leanas ag LiPF6:
1) Tuaslagthacht oiriúnach agus seoltacht ard ianach i dtuaslagóirí neamh-uiscí.
2) Is féidir leis scannán pasivation cobhsaí a fhoirmiú ar dhromchla bailitheoirí reatha scragall alúmanaim.
3) Déanann sé scannán cobhsaí SEI go sineirgíoch ar dhromchla leictreoid graifít le tuaslagóirí carbónáit.
Mar sin féin, tá droch-chobhsaíocht theirmeach ag LiPF6 agus tá sé seans maith ar imoibrithe dianscaoilte. Is féidir le seachtháirgí damáiste a dhéanamh don scannán SEI ar an dromchla leictreoid, na comhpháirteanna gníomhacha leictreoid dhearfacha a dhíscaoileadh, agus lobhadh acmhainne a bheith mar thoradh air le linn rothaíochta.
Is breiseán salann litiam a úsáidtear go coitianta é LiBF freisin. I gcomparáid le LiPF6, tá raon teochta oibriúcháin níos leithne ag LiBF, cobhsaíocht ardteochta níos fearr, agus feidhmíocht íseal teochta níos fearr. Tá seoltacht ard ag LiBF, fuinneog leathan leictriceimiceach, agus cobhsaíocht theirmeach maith. Is é an buntáiste is mó ná a chuid airíonna foirmithe scannáin, mar is féidir leis a bheith rannpháirteach go díreach i bhfoirmiú an scannáin SEI.
Go struchtúrach, tá LiDFOB comhdhéanta de leath-mhóilíní LiBOB agus LiBF, a chomhcheanglaíonn na buntáistí a bhaineann le dea-airíonna foirmithe scannáin de chuid LiBOB agus dea-fheidhmíocht íseal teochta LiBF4. I gcomparáid le LiBOB, tá tuaslagthacht níos airde ag LiDFOB i dtuaslagóirí líneacha carbónáit agus seoltacht leictrilít níos airde. Tá a fheidhmíocht ardteochta agus teocht íseal níos fearr ná LiPF4, agus tá comhoiriúnacht mhaith aige leis an gcatóid ceallraí, ag cruthú scannán pasivation ar an dromchla scragall alúmanaim agus a chuireann cosc ar ocsaídiú leictrilít.
Tá éifeacht láidir aistarraingthe leictreon ag na grúpaí CF₃SO₂ i struchtúr LiTFSI, rud a mhéadaíonn dílonnú an lucht diúltach agus a laghdaíonn péireáil comhlachais ian, rud a fhágann go bhfuil tuaslagthacht ard an tsalainn ann. Ina theannta sin, tá seoltacht ard leictreach ag LiTFSI, teocht ard dianscaoilte teirmeach, agus ní furasta é a hidrealú; mar sin féin, creimfidh sé bailitheoirí srutha alúmanaim go mór ag voltais os cionn 3.7V.
Tá airíonna láidir aistarraingthe leictreon ag na hadaimh fluairín sa mhóilín LiFSI, rud a dhíláraíonn an lucht diúltach ar N, rud a fhágann go bhfuil comhlachas lag ian agus díthiomsú éasca Li+ ann, rud a fhágann seoltacht ard.
Léiríonn LiPO2F2 dea-fheidhmíocht íseal teochta agus feabhsaíonn sé feidhmíocht ardteochta an leictrilít. Mar bhreiseán, féadann sé scannán SEI saibhir i LixPOyFz agus LiF a fhoirmiú ar an dromchla leictreoid diúltach, rud a chabhraíonn le impedance interfacial ceallraí a laghdú agus feidhmíocht timthriall ceallraí a fheabhsú. Mar sin féin, tá LiPO2F2 ag fulaingt ó thuaslagthacht íseal freisin.
Is é príomh-chomhpháirt anleictrilít leachtachan tuaslagóir orgánach, a thuaslagann salainn litiam agus a sholáthraíonn iompróir d'ian litiam. Ní mór do thuaslagóir orgánach idéalach le haghaidh leictrilít ceallraí ian litiam na coinníollacha seo a leanas a chomhlíonadh:
1) Tairiseach tréleictreach ard agus cumas láidir tuaslagtha do shalainn litiam.
2) Leáphointe íseal agus fiuchphointe ard, ag cothabháil stát leachtach thar raon teochta leathan.
3) Slaodacht íseal, ag éascú -iompar ian litiam.
4) Cobhsaíocht cheimiceach maith, ní dhéanann sé damáiste don struchtúr leictreoid dearfach agus diúltach ná na hábhair leictreoid dhearfacha agus diúltacha a dhíscaoileadh.
5) Splancphointe ard, sábháilteacht mhaith, ísealchostas, neamh-tocsaineach agus neamhthruaillithe.
Déantar tuaslagóirí orgánacha coitianta a úsáidtear i leictreailítí ceallraí ian litiam a roinnt go príomha i dtuaslagóirí carbónáit agus i dtuaslagóirí éitear orgánacha, mar a thaispeántar i bhFíor 7-6. Chun leictrilít ceallraí litiam-ian ardfheidhmíochta a fháil, de ghnáth úsáidtear tuaslagóir measctha ina bhfuil dhá thuaslagóir orgánach nó níos mó, rud a ligeann dóibh a chéile a chomhlánú agus feidhmíocht iomlán níos fearr a bhaint amach. Taispeántar airíonna fisiceacha tuaslagóirí carbónáit choiteanna i dTábla 7-1.
Tábla 7-1 Airíonna Fisiceacha Tuaslagóirí Coiteann Carbónáit
| Tuaslagóir Orgánach | Tairiseach Tréleictreach Coibhneasta | Leáphointe/ céim | Fiuchphointe/ céim | Comhéifeacht Slaodacht |
|---|---|---|---|---|
| Carbónáit eitiléine (CE) | 89.6 | 37 | 243 | 1.86 |
| Carbónáit próipiléine (PC) | 64.4 | -55 | 240 | 2.53 |
| Carbónáit Démheitiol (DMC) | 0.59 | 2 | 91 | 0.59 |
| Carbónáit Dé-eitile (DEC) | 2.8 | -43 | 126 | 0.75 |
| Carbónáit Meitile-eitile (EMC) | 3.0 | -53 | 108 | 0.65 |
Áirítear go príomha le tuaslagóirí éitear orgánacha éitear slabhra mar 1,2-dimethoxypropane (DMP), dimethoxymethane (DMM), agus eitiléine glycol éitear dimethyl (DME), agus éitear timthriallach ar nós tetrahydrofuran (THF) agus 2-methyltetrahydrofuran (2-Me-THF). Maidir le tuaslagóirí éitear slabhra, an níos faide an slabhra carbóin, is amhlaidh is fearr an cobhsaíocht cheimiceach, ach is airde an slaodacht agus is ísle an ráta imirce litiam-ian. Is féidir éitear démheitil glycol eitiléine a fhoirmiú chelate réasúnta cobhsaí (LiPF6 · DME) le heicseafluaraiféisiam litiam, a thaispeánann cumhacht láidir tuaslagtha do shalainn litiam agus seoltacht ard leictrilít mar thoradh air. Mar sin féin, tá droch-chobhsaíocht cheimiceach ag DME agus ní féidir leis scannán pasivation cobhsaí a dhéanamh ar dhromchla an ábhair leictreoid diúltach.
Áirítear le tuaslagóirí carbónáit carbónáití timthriallacha mar charbónáit próipiléine (PC) agus carbónáit eitiléine (EC), agus carbónáití slabhra mar charbónáit démheitile (DMC), carbónáit dieitile (DEC), agus carbónáit mheitil-eitile (EMC). Tá tairiseach tréleictreach ard ag carbónáití timthriallacha, rud a fhágann go bhfuil salainn litiam níos intuaslagtha, ach tá slaodacht ard acu freisin, rud a fhágann go bhfuil ráta imirce ian litiam níos ísle. Tá tairiseach tréleictreach íseal agus tuaslagthacht lag salainn litiam ag carbónáití slabhra, ach tá slaodacht íseal agus dea-sreabhadh, rud a éascaíonn imirce ian litiam.
Léirítear i bhFíor 7-7-bhreiseán lasair-mhoillitheach do leictrilítí ian litiam-7. Tá éifeachtaí suntasacha ag breiseáin, a úsáidtear i méideanna beaga, agus is modh eacnamaíoch agus praiticiúil iad chun feidhmíocht cadhnraí ian litiam a fheabhsú. Trí dáileog bheag de bhreiseáin a chur leis an leictrilít de chadhnraí ian litiam, is féidir tréithe feidhmíochta ceallraí áirithe a fheabhsú go sonrach, mar shampla cumas inchúlaithe, comhoiriúnacht leictreoid/leictrilít, feidhmíocht timthriall, feidhmíocht rátaí, agus feidhmíocht sábháilteachta, ag imirt ról ríthábhachtach i gcadhnraí ian litiam. Ba cheart go mbeadh na ceithre thréith seo a leanas ag breiseán leictrilíte ceallraí litiam-ian idéalach:
1) Tuaslagthacht ard i dtuaslagóirí orgánacha.
2) Is féidir le méid beag feabhas suntasach a dhéanamh ar shaintréithe feidhmíochta amháin nó níos mó.
3) Gan aon fhrithghníomhartha taobh díobhálacha le comhpháirteanna ceallraí eile a chuireann isteach ar fheidhmíocht ceallraí.
4) Costas íseal, neamh-tocsaineacht nó tocsaineacht íseal.
Bunaithe ar a bhfeidhm, is féidir breiseáin a chatagóiriú mar bhreiseáin seoltacha, breiseáin chosanta overcharge, breiseáin lasair-retardant, breiseáin foirmithe scannáin SEI, cosantóirí ábhar catóide, cobhsaitheoirí LiPF6, agus breiseáin feidhmiúla eile.
Feabhsaíonn breiseáin seoltacha feidhmíocht ráta cadhnraí ian litiam trí chomhordú le hiain leictrilít, díscaoileadh salann litiam a chur chun cinn, agus seoltacht leictrilít a mhéadú. Toisc go n-oibríonn breiseáin seoltacha trí imoibrithe comhordaithe, tugtar breiseáin ligand orthu freisin, agus aicmítear iad i ligands anionic, ligands cationic, agus ligands neodracha bunaithe ar an ian idirghníomhaithe.
Soláthraíonn breiseáin cosanta overcharge cosaint overcharge nó feabhsaíonn siad caoinfhulaingt overcharge. Déantar iad a aicmiú go feidhmiúil i mbreiseáin redox agus breiseáin monaiméir. Faoi láthair, is iad na breiseáin redox sraith anisol den chuid is mó, a bhfuil poitéinseal redox ard agus tuaslagthacht maith. Téann breiseáin monaiméir faoi imoibrithe polaiméirithe faoi ardvoltas, ag scaoileadh gáis, agus cótaíonn an polaiméir an dromchla ábhar catóide, ag cur isteach ar mhuirearú. Áirítear le breiseáin monaiméir den chuid is mó comhdhúile aramatacha mar xiléin agus feinilchicliheacsán.
Feidhmíonn breiseáin lasair-retardant trí phointe adhainte an leictrilít a ardú nó deireadh a chur leis an imoibriú slabhra radacach saor in aisce a chuireann cosc ar dhó. Taispeántar a gcineálacha i bhFíor 7-8. Is é ceann de na bealaí tábhachtacha chun inadhainteacht an leictrilít a laghdú, raon teochta oibriúcháin cadhnraí litiam-ian a leathnú, agus feabhas a chur ar a gcuid feidhmíochta. Tá meicníochtaí gníomhaíochta na mbreiseán lasair-retardant dhá ghné den chuid is mó:
1) Trí chiseal inslithe a chruthú idir an chéim gáis agus an chéim chomhdhlúite, cuireann siad cosc ar dhó sa chéim chomhdhlúite agus gáis araon.
2) Gabhann siad fréamhacha saor in aisce le linn an phróisis imoibrithe dócháin, ag cur deireadh leis an imoibriú slabhra radacach saor in aisce a chuireann bac ar imoibrithe dócháin idir na céimeanna gáis.
