$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Lithium (Li) est un métal fortement électropositif (-3,04 V par rapport à l'électrode normale à hydrogène), et le métal léger (poids équivalent de 6,94 g / mole et le poids spécifique de 0,53 g / cm 3). Cela rend plus attractive en tant que choix de la matière active dans l'électrode négative et idéal pour les dispositifs de stockage d'énergie portables dont la taille et le poids affaire. Figure 1 montre que les batteries à base de lithium (Li ion, plion, et Li métal) ont une densité d'énergie plus élevés que le plomb-acide, nickel-cadmium, et de batteries nickel-métal-hydrure 1.
Une batterie au lithium-ion complète se compose d'une cathode (positive), une anode (négative), un électrolyte, et un séparateur (figure 2). Tant la cathode et l'anode sont des composés d'intercalation, où Li-ions d'intercaler ou de-s'intercaler de manière réversible (si l'anode est du carbone, Li Li intercale comme neutre). L'électrolyte fournit conduction ionique et isole électronic conduction entre les électrodes. Le séparateur perméable aux ions, mais mécaniquement rigide pour maintenir les deux électrodes de court-circuit. Quand la cellule est dans un état entièrement chargé la totalité du Li a intercalé dans l'anode, et lorsque la cellule est dans un état complètement déchargé la totalité des ions Li sont intercalés dans la cathode. Au cours de la réaction spontanée, décharger les électrons circulent de l'anode à la cathode à travers un circuit externe pour alimenter un appareil, tandis que les ions écoulement de l'anode à la cathode à travers l'électrolyte. Les ions et les électrons se recombinent à la cathode pour maintenir la neutralité de charge. Lors de la charge, le courant est inversé.
La plupart développement de la batterie Li-ion à ce jour ont porté sur des matériaux de cathode car elles déterminent la densité d'énergie de la batterie plutôt que sur l'électrolyte, qui est resté essentiellement le même depuis des décennies. L'électrolyte est un élément clé de la batterie car elle affecte la capacité globale d'énergie en raison de IMPEDANCE à la fois à travers l'électrolyte lui-même et aux interfaces électrode-électrolyte.
L'électrolyte utilisé dans des batteries Li-ion est généralement constitué d'un sel du LiX de type et d'un solvant non aqueux. Par rapport aux électrolytes aqueux utilisés dans d'autres systèmes électrochimiques, les inconvénients d'électrolytes Li-ion sont plus faible conductivité, un coût plus élevé, l'inflammabilité, et les problèmes environnementaux. Les avantages sont d'une large gamme de température (sur laquelle l'électrolyte reste liquide) de -150 ° C à 300 électrolyte aqueux ° C, une fenêtre de tension de largeur (jusqu'à 5 V par rapport à Li / Li +), et une meilleure compatibilité avec les électrodes (serait réagir violemment avec Li métal et forme LiOH et hydrogène) 2, 3, 4-6.
Les principaux électrolytes non-aqueux utilisés dans les batteries incluent des liquides organiques à base de carbonate, des polymères, des liquides ioniques et des céramiques. Ces électrolytes doivent répondre à certains critères pour être utilisé en pratique Li-ion batteries. Elles comprennent une conductivité d'au moins 10 mS / cm, une grande fenêtre électrochimique (> 4,5 V pour cathodes à haute tension), faible pression de vapeur, une bonne stabilité thermique et chimique, faible toxicité, et à faible coût. Pour certaines applications sévères telles que les véhicules électriques, l'ensemble de ces critères doivent être remplis sur une large plage de température, typiquement de -20 ° C à 60 ° C. Depuis la mise au point de ce travail est d'électrolytes organiques et polymères, le reste de cet article se concentrera sur ces électrolytes.
des électrolytes à base de carbonate sont constitués d'un sel de lithium dissous dans un solvant organique. Cependant, il est difficile pour tout un solvant pour répondre à toutes les exigences. Par exemple, les solvants à faible tension de vapeur, tel que le carbonate d'éthylène (EC) et de carbonate de propylène (PC), ont tendance à avoir des viscosités plus élevées, ce qui conduit à abaisser la conductivité. Aussi CE est solide à température ambiante, ce qui l'oblige à être combiné avec un autre solvant. Généralement l'électrolyteest une combinaison de plusieurs solvants. Les solvants communs et certaines de leurs propriétés physiques sont listés dans le Tableau 1.
| Nom | Température de fusion (° C) | Température d'ébullition (° C) | Viscosité (mPa * s) |
| Carbonate de diméthyle (DMC) | 4.6 | 90 | 0,5902 (25 ° C) |
| Carbonate de diéthyle (DEC) | -43 | 126,8 | 0,7529 (25 ° C) |
| carbonate d'éthylène (EC) | 36,5 | 238 | 1.9 (40 ° C) |
| Carbonate de propylène (PC) | -54.53 | 242 | 2,512 (25 ° C) |
Tableau 1. Solvants Carbonate communs 7.
Alterne sûres aux orgaélectrolytes nique sont à base de polymères électrolytes. Électrolytes polymères sont des films minces, non volatile, non-inflammable, et leur souplesse leur permet d'être roulés et imprimées sur une grande échelle commerciale. Wright et al. Complexes conduction ionique première démontré dans le poly (oxyde d'éthylène)-sel (PEO) en 1973. Il a été découvert plus tard que le problème de sécurité lié à la croissance des dendrites sur le métal Li dans l'électrolyte liquide pourrait être résolu en utilisant un électrolyte solide polymère PEO basée, qui supprime la croissance des dendrites 8-17. Il existe trois principaux types d'électrolytes polymères: (1) sans solvant polymère solide sec, (2) des électrolytes gel, et (3) polymère plastifié, avec une synthèse à sec sans solvant utilisé dans notre travail.
Le présent document traite (a) la synthèse sans solvant sec de polymère, (b) le mécanisme de conduction polymère, et (c) de fournir des cycles de température pour les deux polymère solide et d'électrolytes organiques.