តើអេឡិចត្រូលីតនៅក្នុងថ្មលីចូមគឺជាអ្វី?

តើអេឡិចត្រូលីតនៅក្នុងថ្មលីចូមគឺជាអ្វី?

អេឡិចត្រូលីត

អេឡិចត្រូលីតនៅក្នុងថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងគឺជាក្រុមហ៊ុនបញ្ជូនអ៊ីយ៉ុងនៅក្នុងថ្ម។ ជាទូទៅវាត្រូវបានផ្សំឡើងដោយអំបិលលីចូម សារធាតុរំលាយសរីរាង្គ និងសារធាតុបន្ថែម ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 7-4។ អេឡិចត្រូលីតដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការដឹកនាំអ៊ីយ៉ុងរវាងអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាន និងអវិជ្ជមាននៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង ដែលធានានូវគុណសម្បត្តិរបស់វាដូចជាតង់ស្យុងខ្ពស់ និងថាមពលជាក់លាក់ខ្ពស់។ អេឡិចត្រូលីតជាធម្មតាត្រូវបានរៀបចំក្រោមលក្ខខណ្ឌជាក់លាក់ និងក្នុងសមាមាត្រជាក់លាក់ពី-សារធាតុរំលាយសរីរាង្គដែលមានភាពបរិសុទ្ធ អំបិលលីចូម និងសារធាតុបន្ថែមចាំបាច់។ ខណៈពេលដែលសមា្ភារៈអេឡិចត្រូតកំណត់ដង់ស៊ីតេថាមពលរបស់ថ្ម អេឡិចត្រូលីតជាមូលដ្ឋានកំណត់អាយុកាលវដ្តរបស់វា ដំណើរការសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងទាប និងសុវត្ថិភាព។ សមាសភាពជាមូលដ្ឋាននៃអេឡិចត្រូលីតនៅតែមិនផ្លាស់ប្តូរ; ការបង្កើតថ្មីភាគច្រើនស្ថិតនៅក្នុងការអភិវឌ្ឍនៃអំបិលលីចូមប្រលោមលោក និងសារធាតុបន្ថែម ក៏ដូចជាការយល់ដឹងកាន់តែស៊ីជម្រៅអំពីដំណើរការ និងយន្តការគីមីអន្តរមុខដែលពាក់ព័ន្ធនឹងអាគុយលីចូម-អ៊ីយ៉ុង។

មានអំបិលលីចូមជាច្រើនប្រភេទ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 7-5 ប៉ុន្តែមានតិចតួចណាស់ដែលត្រូវបានប្រើប្រាស់នៅក្នុងថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងដែលមានលក់ក្នុងពាណិជ្ជកម្ម។ អំបិលលីចូមដ៏ល្អគួរតែមានលក្ខណៈសម្បត្តិដូចខាងក្រោមៈ

1) កម្រិតសមាគមទាប ងាយរលាយក្នុងសារធាតុរំលាយសរីរាង្គ ធានាបាននូវចរន្តអ៊ីយ៉ុងខ្ពស់នៃអេឡិចត្រូលីត។

2) Anions ជាមួយនឹងការប្រឆាំងអុកស៊ីតកម្មនិងការកាត់បន្ថយ; ផលិតផលកាត់បន្ថយជួយសម្រួលដល់ការបង្កើតខ្សែភាពយន្ដ SEI ធន់នឹង-ទាប។

3) ស្ថេរភាពគីមីល្អ ដោយមិនបង្កឱ្យមានប្រតិកម្មចំហៀងដែលបង្កគ្រោះថ្នាក់ជាមួយនឹងសម្ភារៈអេឡិចត្រូត អេឡិចត្រូលីត ឬឧបករណ៍បំបែក។

4) ដំណើរការរៀបចំដ៏សាមញ្ញ តម្លៃទាប គ្មាន-ជាតិពុល និងការបំពុល-ដោយឥតគិតថ្លៃ។

LiPF6 គឺជាអំបិលលីចូមដែលប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយបំផុត។ ខណៈពេលដែលលក្ខណៈសម្បត្តិបុគ្គលរបស់វាមិនមែនជាលក្ខណៈពិសេសបំផុតរបស់វានោះទេ វាបង្ហាញពីដំណើរការសរុបដ៏ល្អប្រសើរនៅក្នុងអេឡិចត្រូលីតសារធាតុរំលាយកាបូនចម្រុះ។ LiPF6 មានគុណសម្បត្តិសំខាន់ៗដូចខាងក្រោមៈ

1) ភាពរលាយសមស្រប និងចរន្តអ៊ីយ៉ុងខ្ពស់នៅក្នុងសារធាតុរំលាយដែលមិនមាន-ក្នុងទឹក។

2) វាអាចបង្កើតជាខ្សែភាពយន្ត passivation មានស្ថេរភាពនៅលើផ្ទៃនៃអ្នកប្រមូលបច្ចុប្បន្ន foil អាលុយមីញ៉ូម។

3) វាបង្កើតជាខ្សែភាពយន្ត SEI ដែលមានស្ថេរភាពលើផ្ទៃអេឡិចត្រូតក្រាហ្វីតជាមួយនឹងសារធាតុរំលាយកាបូន។

ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ LiPF6 មានស្ថេរភាពកម្ដៅខ្សោយ ហើយងាយនឹងប្រតិកម្ម decomposition ។ អនុផលអាចបំផ្លាញខ្សែភាពយន្ត SEI លើផ្ទៃអេឡិចត្រូត រំលាយសមាសធាតុសកម្មអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាន និងនាំឱ្យខូចសមត្ថភាពក្នុងអំឡុងពេលជិះកង់។

LiBF ក៏ជាសារធាតុបន្ថែមអំបិលលីចូមដែលប្រើជាទូទៅផងដែរ។ បើប្រៀបធៀបទៅនឹង LiPF6 LiBF មានជួរសីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការធំជាង ស្ថេរភាពសីតុណ្ហភាពខ្ពស់-ល្អប្រសើរ និងដំណើរការសីតុណ្ហភាពទាប-ប្រសើរជាងមុន។ LiBF មានចរន្តអគ្គិសនីខ្ពស់ បង្អួចអេឡិចត្រូនិចធំទូលាយ និងស្ថេរភាពកម្ដៅល្អ។ អត្ថប្រយោជន៍ដ៏អស្ចារ្យបំផុតរបស់វាស្ថិតនៅក្នុង-លក្ខណៈសម្បត្តិបង្កើតខ្សែភាពយន្តរបស់វា ព្រោះវាអាចចូលរួមដោយផ្ទាល់នៅក្នុងការបង្កើតខ្សែភាពយន្ត SEI។

តាមរចនាសម្ព័ន LiDFOB ត្រូវបានផ្សំឡើងដោយពាក់កណ្តាល-ម៉ូលេគុលនៃ LiBOB និង LiBF រួមបញ្ចូលគ្នានូវគុណសម្បត្តិនៃខ្សែភាពយន្តល្អ-លក្ខណៈសម្បត្តិបង្កើត LiBOB និងការអនុវត្តសីតុណ្ហភាពទាប-ល្អនៃ LiBF4 ។ បើប្រៀបធៀបជាមួយ LiBOB, LiDFOB មានភាពរលាយខ្ពស់ជាងនៅក្នុងសារធាតុរំលាយកាបូនលីនេអ៊ែរ និងចរន្តអេឡិចត្រូលីតខ្ពស់ជាង។ ការអនុវត្តសីតុណ្ហភាពខ្ពស់-និងទាប-របស់វាគឺល្អជាង LiPF4 ហើយវាមានភាពឆបគ្នាល្អជាមួយ cathode របស់ថ្ម បង្កើតជាខ្សែភាពយន្ត passivation លើផ្ទៃសន្លឹកអាលុយមីញ៉ូម និងរារាំងការកត់សុីអេឡិចត្រូលីត។

ក្រុម CF₃SO₂ នៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធ LiTFSI មានឥទ្ធិពលដកអេឡិចត្រុងខ្លាំង- ដែលធ្វើអោយការបំភាយនៃបន្ទុកអវិជ្ជមានកាន់តែធ្ងន់ធ្ងរ និងកាត់បន្ថយការផ្គូផ្គងទំនាក់ទំនងអ៊ីយ៉ុង ដែលបណ្តាលឱ្យមានជាតិអំបិលរលាយខ្ពស់។ លើសពីនេះ LiTFSI មានចរន្តអគ្គិសនីខ្ពស់ សីតុណ្ហភាព decomposition កម្ដៅខ្ពស់ និងមិនងាយរលាយ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ វានឹងធ្វើឱ្យខូចអ្នកប្រមូលចរន្តអាលុយមីញ៉ូមយ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរនៅវ៉ុលលើសពី 3.7V ។

អាតូមហ្វ្លុយអូរីននៅក្នុងម៉ូលេគុល LiFSI មានលក្ខណៈសម្បត្តិដកអេឡិចត្រុងខ្លាំង-ដែលបំប្លែងបន្ទុកអវិជ្ជមានលើ N ដែលបណ្តាលឱ្យមានទំនាក់ទំនងអ៊ីយ៉ុងខ្សោយ និងងាយបំបែក Li+ ដូច្នេះនាំទៅរកចរន្តអគ្គិសនីខ្ពស់។

LiPO2F2 បង្ហាញប្រសិទ្ធភាពសីតុណ្ហភាពទាប-ល្អ ហើយថែមទាំងធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវ-សីតុណ្ហភាពខ្ពស់នៃអេឡិចត្រូលីតផងដែរ។ ក្នុងនាមជាសារធាតុបន្ថែម វាអាចបង្កើតជាខ្សែភាពយន្ត SEI ដែលសំបូរទៅដោយ LixPOyFz និង LiF លើផ្ទៃអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមាន ដែលជួយកាត់បន្ថយភាពធន់នៃផ្ទៃថ្ម និងធ្វើឱ្យដំណើរការនៃវដ្តថ្មប្រសើរឡើង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ LiPO2F2 ក៏ទទួលរងពីភាពរលាយទាបផងដែរ។

សមាសធាតុសំខាន់នៃអេអេឡិចត្រូលីតរាវគឺជាសារធាតុរំលាយសរីរាង្គ ដែលរំលាយអំបិលលីចូម និងផ្តល់នូវក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនសម្រាប់អ៊ីយ៉ុងលីចូម។ សារធាតុរំលាយសរីរាង្គដ៏ល្អសម្រាប់អាគុយលីចូម-អ៊ីយ៉ុងអេឡិចត្រូលីតត្រូវបំពេញលក្ខខណ្ឌដូចខាងក្រោម៖

1) ថេរ dielectric ខ្ពស់និងសមត្ថភាពរលាយខ្លាំងសម្រាប់អំបិលលីចូម។

2) ចំណុចរលាយទាបនិងចំណុចរំពុះខ្ពស់រក្សាស្ថានភាពរាវលើជួរសីតុណ្ហភាពធំទូលាយ។

3) viscosity ទាប ជួយសម្រួលការដឹកជញ្ជូន lithium-ion ។

4) ស្ថេរភាពគីមីល្អមិនធ្វើឱ្យខូចរចនាសម្ព័ន្ធអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាននិងអវិជ្ជមានឬរំលាយសមា្ភារៈអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាននិងអវិជ្ជមាន។

5) ចំណុចពន្លឺខ្ពស់ សុវត្ថិភាពល្អ តម្លៃទាប មិន-ពុល និងគ្មាន-ការបំពុល។

សារធាតុរំលាយសរីរាង្គទូទៅដែលប្រើក្នុងអេឡិចត្រូលីតថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងត្រូវបានបែងចែកជាចម្បងទៅជាសារធាតុរំលាយកាបូន និងសារធាតុរំលាយអេធើរសរីរាង្គ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 7-6។ ដើម្បីទទួលបាន-អេឡិចត្រូលីតថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ សារធាតុរំលាយចម្រុះដែលមានសារធាតុរំលាយសរីរាង្គពីរ ឬច្រើនជាធម្មតាត្រូវបានប្រើប្រាស់ ដែលអនុញ្ញាតឱ្យពួកវាបំពេញបន្ថែមគ្នាទៅវិញទៅមក និងសម្រេចបាននូវប្រសិទ្ធភាពរួមកាន់តែប្រសើរ។ លក្ខណៈសម្បត្តិរូបវន្តនៃសារធាតុរំលាយកាបូនធម្មតាត្រូវបានបង្ហាញក្នុងតារាង 7-1 ។

តារាង 7-1 លក្ខណៈសម្បត្តិរូបវន្តនៃសារធាតុរំលាយកាបូនធម្មតា។

សារធាតុរំលាយអេធើរសរីរាង្គជាចម្បងរួមមានអេធើរខ្សែសង្វាក់ដូចជា 1,2-dimethoxypropane (DMP), dimethoxymethane (DMM) និងអេទីឡែន glycol dimethyl ether (DME) និងអេធើររង្វិលដូចជា tetrahydrofuran (THF) និង 2-methyltetrahydrofuran (5)។ ចំពោះសារធាតុរំលាយខ្សែសង្វាក់ អ៊ីដ្រូសែន ខ្សែសង្វាក់កាបូនកាន់តែវែង ស្ថេរភាពគីមីកាន់តែប្រសើរ ប៉ុន្តែភាព viscosity កាន់តែខ្ពស់ និងអត្រានៃការធ្វើចំណាកស្រុកលីចូម-អ៊ីយ៉ុងកាន់តែទាប។ Ethylene glycol dimethyl ether អាចបង្កើតជា chelate មានស្ថេរភាព (LiPF6·DME) ជាមួយនឹង lithium hexafluorophosphate ដែលបង្ហាញពីថាមពលរលាយដ៏រឹងមាំសម្រាប់អំបិលលីចូម និងបណ្តាលឱ្យមានចរន្តអេឡិចត្រូលីតខ្ពស់។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ DME មានស្ថេរភាពគីមីមិនល្អ ហើយមិនអាចបង្កើតជាខ្សែភាពយន្ត passivation ដែលមានស្ថេរភាពនៅលើផ្ទៃនៃសម្ភារៈអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមាននោះទេ។

សារធាតុរំលាយកាបូនរួមមានកាបូនស៊ីលីក ដូចជា propylene carbonate (PC) និង ethylene carbonate (EC) និងខ្សែសង្វាក់ដូចជា dimethyl carbonate (DMC) diethyl carbonate (DEC) និង methyl ethyl carbonate (EMC)។ កាបូនស៊ីលីកមានថេរ dielectric ខ្ពស់ ធ្វើឱ្យអំបិលលីចូមអាចរលាយបានកាន់តែច្រើន ប៉ុន្តែពួកវាក៏មាន viscosity ខ្ពស់ផងដែរ ដែលបណ្តាលឱ្យមានអត្រានៃការធ្វើចំណាកស្រុករបស់លីចូម-ទាប។ ខ្សែសង្វាក់កាបូនមានកម្រិតថេរ dielectric ទាប និងរលាយអំបិលលីចូមខ្សោយ ប៉ុន្តែមាន viscosity ទាប និងលំហូរល្អ ជួយសម្រួលដល់ការផ្លាស់ទីរបស់លីចូម-អ៊ីយ៉ុង។

ប្រភេទនៃអណ្តាតភ្លើង-សារធាតុបន្ថែមដែលធន់ទ្រាំសម្រាប់លីចូម-អេឡិចត្រូលីតអ៊ីយ៉ុងត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 7-7។ សារធាតុបន្ថែម ដែលប្រើប្រាស់ក្នុងបរិមាណតិចតួច មានផលប៉ះពាល់យ៉ាងសំខាន់ និងជាវិធីសាស្ត្រសន្សំសំចៃ និងជាក់ស្តែងសម្រាប់ការកែលម្អដំណើរការនៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង។ ដោយការបន្ថែមសារធាតុបន្ថែមតិចតួចទៅក្នុងអេឡិចត្រូលីតនៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង លក្ខណៈប្រតិបត្តិការថ្មមួយចំនួនអាចត្រូវបានកែលម្អជាពិសេស ដូចជាសមត្ថភាពបញ្ច្រាស ភាពឆបគ្នានៃអេឡិចត្រូត/អេឡិចត្រូលីត ដំណើរការវដ្ត អត្រាដំណើរការ និងសុវត្ថិភាព ដែលដើរតួយ៉ាងសំខាន់នៅក្នុងថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង។ សារធាតុបន្ថែមអេឡិចត្រូលីតថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងដ៏ល្អគួរមានលក្ខណៈបួនដូចខាងក្រោម៖

1) ភាពរលាយខ្ពស់នៅក្នុងសារធាតុរំលាយសរីរាង្គ។

2) ចំនួនតិចតួចអាចធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវលក្ខណៈនៃការអនុវត្តមួយ ឬច្រើន។

3) មិនមានប្រតិកម្មចំហៀងដែលបង្កគ្រោះថ្នាក់ជាមួយសមាសធាតុថ្មផ្សេងទៀតដែលប៉ះពាល់ដល់ដំណើរការថ្ម។

4) តម្លៃទាប គ្មាន-ជាតិពុល ឬជាតិពុលទាប។

ដោយផ្អែកលើមុខងាររបស់វា សារធាតុបន្ថែមអាចត្រូវបានចាត់ថ្នាក់ទៅជាសារធាតុបន្ថែមចរន្ត សារធាតុបន្ថែមការពារលើសទម្ងន់ សារធាតុបន្ថែមធន់នឹងអណ្តាតភ្លើង ខ្សែភាពយន្ត SEI-សារធាតុបន្ថែមទម្រង់ សារធាតុការពារសារធាតុ cathode ស្ថេរភាព LiPF6 និងសារធាតុបន្ថែមមុខងារផ្សេងទៀត។

សារធាតុបន្ថែមចរន្តធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវអត្រាដំណើរការនៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងដោយសំរបសំរួលជាមួយអ៊ីយ៉ុងអេឡិចត្រូលីត ជំរុញការរំលាយអំបិលលីចូម និងបង្កើនចរន្តអេឡិចត្រូលីត។ ដោយសារតែសារធាតុបន្ថែម conductive ដំណើរការតាមរយៈប្រតិកម្មសម្របសម្រួល ពួកវាត្រូវបានគេហៅថាសារធាតុបន្ថែម ligand ហើយត្រូវបានចាត់ថ្នាក់ទៅជា ligands anionic, ligands cationic និង ligands អព្យាក្រឹតដោយផ្អែកលើអ៊ីយ៉ុងអន្តរកម្ម។

សារធាតុបន្ថែមការពារលើសកំណត់ ផ្តល់នូវការការពារលើស ឬបង្កើនភាពអត់ធ្មត់លើសចំណុះ។ ពួកវាត្រូវបានចាត់ថ្នាក់មុខងារទៅជាសារធាតុបន្ថែម redox និងសារធាតុបន្ថែម monomer ។ បច្ចុប្បន្ននេះសារធាតុបន្ថែម redox គឺជាស៊េរី anisole ដែលមានសក្តានុពល redox ខ្ពស់ និងការរលាយល្អ។ សារធាតុបន្ថែម Monomer ឆ្លងកាត់ប្រតិកម្មវត្ថុធាតុ polymerization ក្រោមតង់ស្យុងខ្ពស់ បញ្ចេញឧស្ម័ន ហើយវត្ថុធាតុ polymer គ្របលើផ្ទៃសម្ភារៈ cathode រំខានដល់ការសាកថ្ម។ សារធាតុបន្ថែម Monomer ភាគច្រើនរួមមានសមាសធាតុក្រអូបដូចជា xylene និង phenylcyclohexane ។

សារធាតុបន្ថែមដែលធន់នឹងអណ្តាតភ្លើងមានមុខងារដោយបង្កើនចំណុចបញ្ឆេះនៃអេឡិចត្រូលីត ឬបញ្ចប់ប្រតិកម្មខ្សែសង្វាក់រ៉ាឌីកាល់សេរីដែលរារាំងការឆេះ។ ប្រភេទរបស់ពួកគេត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 7-8។ ការបន្ថែមសារធាតុទប់ស្កាត់អណ្តាតភ្លើងគឺជាមធ្យោបាយសំខាន់មួយដើម្បីកាត់បន្ថយភាពងាយឆេះនៃអេឡិចត្រូលីត ពង្រីកជួរសីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការរបស់ថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង និងធ្វើឱ្យដំណើរការរបស់វាប្រសើរឡើង។ យន្តការនៃសកម្មភាពនៃសារធាតុបន្ថែមដែលធន់នឹងអណ្តាតភ្លើងមានពីរយ៉ាងសំខាន់៖

1) តាមរយៈការបង្កើតស្រទាប់អ៊ីសូឡង់រវាងដំណាក់កាលឧស្ម័ន និងដំណាក់កាលខាប់ ពួកគេការពារការឆេះទាំងក្នុងដំណាក់កាលខាប់ និងដំណាក់កាលឧស្ម័ន។

2) ពួកវាចាប់យករ៉ាឌីកាល់សេរីក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការប្រតិកម្មចំហេះ បញ្ចប់ប្រតិកម្មខ្សែសង្វាក់រ៉ាឌីកាល់សេរី ដែលរារាំងប្រតិកម្មចំហេះរវាងដំណាក់កាលឧស្ម័ន។