$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Lithium (Li) is een zeer elektropositieve metalen (-3,04 V opzichte van standaard waterstof elektrode) en de lichtste metaal (equivalent gewicht van 6,94 g / mol en relatieve dichtheid van 0,53 g / cm 3). Dit maakt het aantrekkelijk als een keuze voor het actieve materiaal van de negatieve elektrode en ideaal voor draagbare energiereservoirs waar de grootte en het gewicht belangrijk. Figuur 1 toont dat lithium-batterijen (Li ion, Plion en Li metaal) hogere energiedichtheid dan lood-zuur, nikkel-cadmium en nikkel-metaal-hydride accu's 1.
A full lithium-ion batterij bestaat uit een kathode (positief), een anode (negatief), een elektrolyt, en een separator (figuur 2). Zowel de kathode en de anode zijn intercalatie verbindingen, waarbij Li-ionen kan intercaleren of de-intercaleren omkeerbaar (als de anode koolstof, Li intercalates zo neutraal Li). De elektrolyt verschaft ionische geleiding en isoleert electronic geleiding tussen de elektroden. De separator is permeabel voor ionen, maar mechanisch stijf is om de twee elektroden houden van kortsluiting. Wanneer de cel zich in een volledig opgeladen toestand alle Li is tussengevoegd in de anode, en wanneer de cel zich in een ontladen toestand alle Li-ionen worden tussengevoegd in de kathode. Tijdens de spontane reactie afvoeren elektronen van de anode naar de kathode door een extern circuit voor het aandrijven van een apparaat, terwijl de ionenstroom van de anode naar de kathode via het elektrolyt. De ionen en elektronen recombineren aan de kathode naar ladingsneutraliteit behouden. Bij het opladen wordt de stroom omgekeerd.
De meeste Li-ion batterij ontwikkeling tot op heden gericht op kathodematerialen omdat zij bepalen de energiedichtheid van de batterij niet op de elektrolyt, die meestal decennia lang hetzelfde gebleven. Het elektrolyt is een belangrijk stukje van de batterij omdat het afbreuk doet aan het totale vermogen vermogen vanwege impedance zowel door de elektrolyt zelf en de elektroliet interfaces.
De elektrolyt in lithiumionbatterijen bestaat doorgaans uit een zout van het type LiX en een niet-waterig oplosmiddel. Vergeleken met de waterige elektrolyten in andere elektrochemische systemen, de nadelen van Li-ion elektrolyten lagere geleidbaarheid, hogere kosten, ontvlambaarheid en milieuproblemen. De voordelen omvatten een breed temperatuurbereik (waarover de elektrolyt blijft een vloeistof) van -150 ° C tot 300 ° C, een grote spanning venster (tot 5 V versus Li / Li +) en betere compatibiliteit met elektroden (waterige elektrolyt zou heftig reageren met Li metaal en vorm LiOH en waterstof) 2, 3, 4-6.
De belangrijkste niet-waterige elektrolyten gebruikt in batterijen zijn organische carbonaat-gebaseerde vloeistoffen, polymeren, ionische vloeistoffen, en keramiek. Deze elektrolyten moeten aan bepaalde criteria voldoen om te worden gebruikt in de praktijk Li-ion batterij-es. Zij omvatten een geleidbaarheid van ten minste 10 mS / cm, een groot elektrochemisch venster (> 4,5 V voor hoogspanning kathoden), lage dampdruk, goede thermische en chemische stabiliteit, lage toxiciteit, en lage kosten. Voor bepaalde toepassingen streng zoals elektrische voertuigen moeten al deze criteria worden voldaan over een breed temperatuurbereik, gewoonlijk van -20 ° C tot 60 ° C. Omdat de focus van dit werk is op organische en polymere elektrolyten, zal de rest van dit artikel richten op deze elektrolyten.
Carbonaat gebaseerde elektrolyten bestaan uit een lithiumzout opgelost in een organisch oplosmiddel. Het is echter moeilijk voor ieder ervan aan alle eisen voldoen. Bijvoorbeeld, oplosmiddelen met lage dampdruk, zoals ethyleencarbonaat (EC) en propyleen carbonaat (PC), neigen om hogere viscositeiten, waardoor geleidbaarheid verlagen. Ook EC is een vaste stof bij kamertemperatuur, deze vereist worden gecombineerd met een ander oplosmiddel. Algemeen elektrolytis een combinatie van verscheidene oplosmiddelen. De gebruikelijke oplosmiddelen en sommige van hun fysische eigenschappen zijn weergegeven in tabel 1.
| Naam | Melting Temperatuur (° C) | Kokende Temperatuur (° C) | Viscositeit (mPa * s) |
| Dimethylcarbonaat (DMC) | 4.6 | 90 | 0,5902 (25 ° C) |
| Diëthylcarbonaat (december) | -43 | 126.8 | 0,7529 (25 ° C) |
| Ethyleencarbonaat (EC) | 36.5 | 238 | 1.9 (40 ° C) |
| Propyleencarbonaat (PC) | -54,53 | 242 | 2.512 (25 ° C) |
Tabel 1. Gemeenschappelijke Carbonaat Oplosmiddelen 7.
Veiliger plaatsvervangers te organic elektrolyten polymeer gebaseerd elektrolyten. Polymeer elektrolyten dunne-films, niet-vluchtig, niet-ontvlambaar en hun flexibiliteit kunnen ze worden opgerold en afgedrukt op grote commerciële schaal. Wright, et al.. Eerst aangetoond ion geleiding in poly (ethyleenoxide)-zoutcomplexen (PEO) in 1973. Later werd ontdekt dat het veiligheidsprobleem in verband met dendriet groei Li metalen in vloeibare elektrolyt kan worden opgelost door PEO-basis vast polymeer elektrolyt, die de groei van dendrieten 8-17 onderdrukt. Er zijn drie hoofdtypen van polymeerelektrolyten: (1) oplosmiddelvrije droge vaste polymeer, (2) gel elektrolyten, en (3) geplastificeerde polymeer, met een oplosmiddelvrije droge synthese gebruikt in ons werk.
Dit document zal (a) de oplosmiddelvrije droge polymeersynthese, (b) het polymeer geleiding mechanisme, en (c) de temperatuur fietsen voor zowel vaste polymeren en organische elektrolyten te bespreken.