లిథియం బ్యాటరీలోని ఎలక్ట్రోలైట్ అంటే ఏమిటి?
ఎలక్ట్రోలైట్
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలోని ఎలక్ట్రోలైట్ బ్యాటరీలోని అయాన్ల క్యారియర్. ఇది సాధారణంగా మూర్తి 7-4లో చూపిన విధంగా లిథియం లవణాలు, సేంద్రీయ ద్రావకాలు మరియు సంకలితాలతో కూడి ఉంటుంది. అధిక వోల్టేజ్ మరియు అధిక నిర్దిష్ట శక్తి వంటి దాని ప్రయోజనాలను నిర్ధారిస్తూ, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ యొక్క సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య అయాన్లను నిర్వహించడంలో ఎలక్ట్రోలైట్ కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది. ఎలక్ట్రోలైట్లు సాధారణంగా నిర్దిష్ట పరిస్థితుల్లో మరియు అధిక-స్వచ్ఛత కలిగిన సేంద్రీయ ద్రావకాలు, లిథియం లవణాలు మరియు అవసరమైన సంకలితాల నుండి నిర్దిష్ట నిష్పత్తిలో తయారు చేయబడతాయి. ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు బ్యాటరీ యొక్క శక్తి సాంద్రతను నిర్ణయిస్తాయి, ఎలక్ట్రోలైట్ ప్రాథమికంగా దాని చక్ర జీవితాన్ని, అధిక మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత పనితీరు మరియు భద్రతను నిర్ణయిస్తుంది. ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క ప్రాథమిక కూర్పు సాపేక్షంగా మారదు; ఆవిష్కరణ ప్రధానంగా నవల లిథియం లవణాలు మరియు సంకలితాల అభివృద్ధిలో ఉంది, అలాగే లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో ప్రమేయం ఉన్న ఇంటర్ఫేషియల్ రసాయన ప్రక్రియలు మరియు యంత్రాంగాలపై లోతైన అవగాహన.
మూర్తి 7-5లో చూపిన విధంగా అనేక రకాల లిథియం లవణాలు ఉన్నాయి, కానీ వాణిజ్యపరంగా లభించే లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో చాలా తక్కువ మాత్రమే ఉపయోగించబడతాయి. ఆదర్శవంతమైన లిథియం ఉప్పు కింది లక్షణాలను కలిగి ఉండాలి:
1) తక్కువ అసోసియేషన్ డిగ్రీ, సేంద్రీయ ద్రావకాలలో తక్షణమే కరుగుతుంది, ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క అధిక అయానిక్ వాహకతను నిర్ధారిస్తుంది.
2) యాంటీఆక్సిడెంట్ మరియు తగ్గింపు నిరోధకత కలిగిన అయాన్లు; తగ్గింపు ఉత్పత్తులు స్థిరమైన, తక్కువ{1}}నిరోధకత కలిగిన SEI ఫిల్మ్ను రూపొందించడానికి దోహదపడతాయి.
3) మంచి రసాయన స్థిరత్వం, ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు, ఎలక్ట్రోలైట్లు లేదా సెపరేటర్లతో హానికరమైన సైడ్ రియాక్షన్లను కలిగించకుండా.
4) సులభమైన తయారీ ప్రక్రియ, తక్కువ ధర,-విషరహితం మరియు కాలుష్యం{2}}రహితం.
LiPF6 అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే లిథియం ఉప్పు. దాని వ్యక్తిగత లక్షణాలు దాని అత్యంత అసాధారణమైనవి కానప్పటికీ, ఇది కార్బోనేట్ మిశ్రమ ద్రావణి ఎలక్ట్రోలైట్లలో సాపేక్షంగా సరైన మొత్తం పనితీరును ప్రదర్శిస్తుంది. LiPF6 కింది కీలక ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది:
1) సజల రహిత ద్రావకాలలో-అనుకూల ద్రావణీయత మరియు అధిక అయానిక్ వాహకత.
2) ఇది అల్యూమినియం ఫాయిల్ కరెంట్ కలెక్టర్ల ఉపరితలంపై స్థిరమైన పాసివేషన్ ఫిల్మ్ను ఏర్పరుస్తుంది.
3) ఇది కార్బోనేట్ ద్రావకాలతో గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై సినర్జిస్టిక్గా స్థిరమైన SEI ఫిల్మ్ను ఏర్పరుస్తుంది.
అయినప్పటికీ, LiPF6 తక్కువ ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంది మరియు కుళ్ళిపోయే ప్రతిచర్యలకు గురవుతుంది. ఉపఉత్పత్తులు ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై SEI ఫిల్మ్ను దెబ్బతీస్తాయి, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ క్రియాశీల భాగాలను కరిగిస్తాయి మరియు సైక్లింగ్ సమయంలో సామర్థ్య క్షీణతకు దారితీస్తాయి.
LiBF కూడా సాధారణంగా ఉపయోగించే లిథియం ఉప్పు సంకలితం. LiPF6తో పోలిస్తే, LiBF విస్తృత ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత పరిధి, మెరుగైన అధిక-ఉష్ణోగ్రత స్థిరత్వం మరియు ఉన్నతమైన తక్కువ{3}}ఉష్ణోగ్రత పనితీరును కలిగి ఉంది. LiBF అధిక వాహకత, విస్తృత ఎలక్ట్రోకెమికల్ విండో మరియు మంచి ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది. SEI ఫిల్మ్ నిర్మాణంలో ప్రత్యక్షంగా పాల్గొనగలిగేటటువంటి దాని ఫిల్మ్-ఫార్మింగ్ ప్రాపర్టీలలో దీని గొప్ప ప్రయోజనం ఉంది.
నిర్మాణాత్మకంగా, LiDFOB సగం{0}}LiBOB మరియు LiBF అణువులతో కూడి ఉంటుంది, ఇది LiBOB యొక్క మంచి చలనచిత్రం{1}}ఏర్పాటు చేసే లక్షణాల యొక్క ప్రయోజనాలను మరియు LiBF4 యొక్క మంచి తక్కువ{2}}ఉష్ణోగ్రత పనితీరును మిళితం చేస్తుంది. LiBOBతో పోలిస్తే, LiDFOB లీనియర్ కార్బోనేట్ ద్రావకాలు మరియు అధిక ఎలక్ట్రోలైట్ వాహకతలో అధిక ద్రావణీయతను కలిగి ఉంటుంది. దీని అధిక-ఉష్ణోగ్రత మరియు తక్కువ{6}}ఉష్ణోగ్రత పనితీరు LiPF4 కంటే మెరుగ్గా ఉంటుంది మరియు ఇది బ్యాటరీ కాథోడ్తో మంచి అనుకూలతను కలిగి ఉంటుంది, అల్యూమినియం ఫాయిల్ ఉపరితలంపై పాసివేషన్ ఫిల్మ్ను ఏర్పరుస్తుంది మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ ఆక్సీకరణను నిరోధిస్తుంది.
LiTFSI నిర్మాణంలోని CF₃SO₂ సమూహాలు బలమైన ఎలక్ట్రాన్-ఉపసంహరణ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటాయి, ఇది ప్రతికూల చార్జ్ యొక్క డీలోకలైజేషన్ను తీవ్రతరం చేస్తుంది మరియు అయాన్ అసోసియేషన్ జతను తగ్గిస్తుంది, ఫలితంగా ఉప్పు యొక్క అధిక ద్రావణీయత ఏర్పడుతుంది. ఇంకా, LiTFSI అధిక విద్యుత్ వాహకత, అధిక ఉష్ణ కుళ్ళిపోయే ఉష్ణోగ్రత మరియు సులభంగా హైడ్రోలైజ్ చేయబడదు; అయినప్పటికీ, ఇది 3.7V కంటే ఎక్కువ వోల్టేజీల వద్ద అల్యూమినియం కరెంట్ కలెక్టర్లను తీవ్రంగా నాశనం చేస్తుంది.
LiFSI అణువులోని ఫ్లోరిన్ పరమాణువులు బలమైన ఎలక్ట్రాన్-ఉపసంహరణ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, ఇది N పై ప్రతికూల చార్జ్ని డీలోకలైజ్ చేస్తుంది, దీని ఫలితంగా బలహీనమైన అయాన్ అనుబంధం మరియు Li+ సులభంగా విచ్ఛేదనం ఏర్పడుతుంది, తద్వారా అధిక వాహకత ఏర్పడుతుంది.
LiPO2F2 మంచి తక్కువ{2}}ఉష్ణోగ్రత పనితీరును ప్రదర్శిస్తుంది మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క అధిక-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును కూడా మెరుగుపరుస్తుంది. సంకలితంగా, ఇది ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై LixPOyFz మరియు LiF లతో కూడిన SEI ఫిల్మ్ను ఏర్పరుస్తుంది, ఇది బ్యాటరీ ఇంటర్ఫేషియల్ ఇంపెడెన్స్ను తగ్గించడంలో మరియు బ్యాటరీ సైకిల్ పనితీరును మెరుగుపరచడంలో సహాయపడుతుంది. అయినప్పటికీ, LiPO2F2 కూడా తక్కువ ద్రావణీయతతో బాధపడుతోంది.
యొక్క ప్రధాన భాగంద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్సేంద్రీయ ద్రావకం, ఇది లిథియం లవణాలను కరిగించి లిథియం అయాన్లకు క్యారియర్ను అందిస్తుంది. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ ఎలక్ట్రోలైట్ కోసం ఆదర్శవంతమైన ఆర్గానిక్ ద్రావకం కింది షరతులను కలిగి ఉండాలి:
1) లిథియం లవణాల కోసం అధిక విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం మరియు బలమైన కరిగే సామర్థ్యం.
2) తక్కువ ద్రవీభవన స్థానం మరియు అధిక మరిగే స్థానం, విస్తృత ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో ద్రవ స్థితిని నిర్వహించడం.
3) తక్కువ స్నిగ్ధత, లిథియం-అయాన్ రవాణాను సులభతరం చేస్తుంది.
4) మంచి రసాయన స్థిరత్వం, సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ నిర్మాణాన్ని పాడు చేయదు లేదా సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలను కరిగించదు.
5) అధిక ఫ్లాష్ పాయింట్, మంచి భద్రత, తక్కువ ధర,-విషరహితం మరియు{2}}కాలుష్యం లేనివి.
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ ఎలక్ట్రోలైట్లలో ఉపయోగించే సాధారణ సేంద్రీయ ద్రావకాలు, మూర్తి 7-6లో చూపిన విధంగా, ప్రధానంగా కార్బోనేట్ ద్రావకాలు మరియు ఆర్గానిక్ ఈథర్ ద్రావకాలుగా విభజించబడ్డాయి. అధిక-పనితీరు గల లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ ఎలక్ట్రోలైట్ని పొందేందుకు, సాధారణంగా రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ సేంద్రీయ ద్రావకాలను కలిగి ఉండే మిశ్రమ ద్రావకం ఉపయోగించబడుతుంది, ఇది ఒకదానికొకటి పూర్తి చేయడానికి మరియు మెరుగైన మొత్తం పనితీరును సాధించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. సాధారణ కార్బోనేట్ ద్రావకాల యొక్క భౌతిక లక్షణాలు టేబుల్ 7-1లో చూపబడ్డాయి.
పట్టిక 7-1 సాధారణ కార్బోనేట్ ద్రావకాల యొక్క భౌతిక లక్షణాలు
| సేంద్రీయ ద్రావకం | సాపేక్ష విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం | మెల్టింగ్ పాయింట్/డిగ్రీ | బాయిలింగ్ పాయింట్/డిగ్రీ | స్నిగ్ధత గుణకం |
|---|---|---|---|---|
| ఇథిలీన్ కార్బోనేట్ (EC) | 89.6 | 37 | 243 | 1.86 |
| ప్రొపైలిన్ కార్బోనేట్ (PC) | 64.4 | -55 | 240 | 2.53 |
| డైమిథైల్ కార్బోనేట్ (DMC) | 0.59 | 2 | 91 | 0.59 |
| డైథైల్ కార్బోనేట్ (DEC) | 2.8 | -43 | 126 | 0.75 |
| ఇథైల్ మిథైల్ కార్బోనేట్ (EMC) | 3.0 | -53 | 108 | 0.65 |
సేంద్రీయ ఈథర్ ద్రావకాలు ప్రధానంగా 1,2-డైమెథాక్సిప్రోపేన్ (DMP), డైమెథాక్సిమీథేన్ (DMM), మరియు ఇథిలీన్ గ్లైకాల్ డైమిథైల్ ఈథర్ (DME) వంటి చైన్ ఈథర్లను మరియు టెట్రాహైడ్రోఫ్యూరాన్ (THF) మరియు హైడ్డ్రేహైడ్రోఫ్యూరాన్ (THF) మరియు 2{600} హైడ్రాఫ్రిమ్టెట్రా) వంటి సైక్లిక్ ఈథర్లను కలిగి ఉంటాయి. గొలుసు ఈథర్ ద్రావకాల కోసం, కార్బన్ గొలుసు పొడవు, రసాయన స్థిరత్వం మెరుగ్గా ఉంటుంది, అయితే స్నిగ్ధత ఎక్కువ మరియు లిథియం-అయాన్ వలస రేటు తక్కువగా ఉంటుంది. ఇథిలీన్ గ్లైకాల్ డైమిథైల్ ఈథర్ లిథియం హెక్సాఫ్లోరోఫాస్ఫేట్తో సాపేక్షంగా స్థిరమైన చెలేట్ (LiPF6·DME)ని ఏర్పరుస్తుంది, లిథియం లవణాలకు బలమైన కరిగే శక్తిని ప్రదర్శిస్తుంది మరియు ఫలితంగా అధిక ఎలక్ట్రోలైట్ వాహకత ఏర్పడుతుంది. అయినప్పటికీ, DME పేలవమైన రసాయన స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంది మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం యొక్క ఉపరితలంపై స్థిరమైన పాసివేషన్ ఫిల్మ్ను రూపొందించదు.
కార్బోనేట్ ద్రావకాలలో ప్రొపైలిన్ కార్బోనేట్ (PC) మరియు ఇథిలీన్ కార్బోనేట్ (EC) వంటి సైక్లిక్ కార్బోనేట్లు మరియు డైమిథైల్ కార్బోనేట్ (DMC), డైథైల్ కార్బోనేట్ (DEC) మరియు మిథైల్ ఇథైల్ కార్బోనేట్ (EMC) వంటి చైన్ కార్బోనేట్లు ఉన్నాయి. చక్రీయ కార్బోనేట్లు అధిక విద్యుద్వాహక స్థిరాంకాన్ని కలిగి ఉంటాయి, ఇవి లిథియం లవణాలను మరింత కరిగేలా చేస్తాయి, కానీ అవి అధిక స్నిగ్ధతను కలిగి ఉంటాయి, ఫలితంగా లిథియం-అయాన్ వలస రేటు తక్కువగా ఉంటుంది. చైన్ కార్బోనేట్లు తక్కువ విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం మరియు బలహీనమైన లిథియం ఉప్పు ద్రావణీయతను కలిగి ఉంటాయి, కానీ తక్కువ స్నిగ్ధత మరియు మంచి ప్రవాహం, లిథియం-అయాన్ వలసలను సులభతరం చేస్తాయి.
లిథియం-అయాన్ ఎలక్ట్రోలైట్ల కోసం జ్వాల{0}}రిటార్డెంట్ సంకలనాల రకాలు మూర్తి 7-7లో చూపబడ్డాయి. చిన్న మొత్తంలో ఉపయోగించే సంకలితాలు గణనీయమైన ప్రభావాలను కలిగి ఉంటాయి మరియు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల పనితీరును మెరుగుపరచడానికి ఆర్థిక మరియు ఆచరణాత్మక పద్ధతి. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల ఎలక్ట్రోలైట్కి కొద్ది మోతాదులో సంకలితాలను జోడించడం ద్వారా, రివర్సిబుల్ కెపాసిటీ, ఎలక్ట్రోడ్/ఎలక్ట్రోలైట్ అనుకూలత, సైకిల్ పనితీరు, రేట్ పనితీరు మరియు భద్రతా పనితీరు వంటి నిర్దిష్ట బ్యాటరీ పనితీరు లక్షణాలను ప్రత్యేకంగా మెరుగుపరచవచ్చు, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది. ఆదర్శవంతమైన లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ ఎలక్ట్రోలైట్ సంకలితం క్రింది నాలుగు లక్షణాలను కలిగి ఉండాలి:
1) సేంద్రీయ ద్రావకాలలో అధిక ద్రావణీయత.
2) ఒక చిన్న మొత్తం ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ పనితీరు లక్షణాలను గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తుంది.
3) బ్యాటరీ పనితీరును ప్రభావితం చేసే ఇతర బ్యాటరీ భాగాలతో హానికరమైన దుష్ప్రభావాలు లేవు.
4) తక్కువ ధర,-విషరహితం లేదా తక్కువ విషపూరితం.
వాటి పనితీరు ఆధారంగా, సంకలనాలను వాహక సంకలనాలు, ఓవర్ఛార్జ్ రక్షణ సంకలనాలు, జ్వాల రిటార్డెంట్ సంకలనాలు, SEI ఫిల్మ్-ఫార్మింగ్ సంకలనాలు, కాథోడ్ మెటీరియల్ ప్రొటెక్టర్లు, LiPF6 స్టెబిలైజర్లు మరియు ఇతర ఫంక్షనల్ సంకలనాలుగా వర్గీకరించవచ్చు.
వాహక సంకలనాలు ఎలక్ట్రోలైట్ అయాన్లతో సమన్వయం చేయడం, లిథియం ఉప్పు కరిగిపోవడాన్ని ప్రోత్సహించడం మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ వాహకతను పెంచడం ద్వారా లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల రేటు పనితీరును మెరుగుపరుస్తాయి. వాహక సంకలనాలు సమన్వయ ప్రతిచర్యల ద్వారా పనిచేస్తాయి కాబట్టి, వాటిని లిగాండ్ సంకలనాలు అని కూడా పిలుస్తారు మరియు పరస్పర చర్య చేసే అయాన్ ఆధారంగా అయానిక్ లిగాండ్లు, కాటినిక్ లిగాండ్లు మరియు న్యూట్రల్ లిగాండ్లుగా వర్గీకరించబడతాయి.
ఓవర్ఛార్జ్ రక్షణ సంకలనాలు ఓవర్ఛార్జ్ రక్షణను అందిస్తాయి లేదా ఓవర్ఛార్జ్ సహనాన్ని మెరుగుపరుస్తాయి. అవి క్రియాత్మకంగా రెడాక్స్ సంకలనాలు మరియు మోనోమర్ సంకలనాలుగా వర్గీకరించబడ్డాయి. ప్రస్తుతం, రెడాక్స్ సంకలనాలు ప్రధానంగా అనిసోల్ సిరీస్, ఇవి అధిక రెడాక్స్ పొటెన్షియల్స్ మరియు మంచి ద్రావణీయతను కలిగి ఉంటాయి. మోనోమర్ సంకలనాలు అధిక వోల్టేజ్ కింద పాలిమరైజేషన్ ప్రతిచర్యలకు లోనవుతాయి, వాయువులను విడుదల చేస్తాయి మరియు పాలీమర్ కాథోడ్ మెటీరియల్ ఉపరితలంపై పూతవేస్తుంది, ఛార్జింగ్కు అంతరాయం కలిగిస్తుంది. మోనోమర్ సంకలనాలు ప్రధానంగా జిలీన్ మరియు ఫినైల్సైక్లోహెక్సేన్ వంటి సుగంధ సమ్మేళనాలను కలిగి ఉంటాయి.
ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క ఇగ్నిషన్ పాయింట్ను పెంచడం ద్వారా లేదా దహనాన్ని నిరోధించే ఫ్రీ రాడికల్ చైన్ రియాక్షన్ను ముగించడం ద్వారా ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్ సంకలనాలు పని చేస్తాయి. వాటి రకాలు మూర్తి 7{2}}8లో చూపబడ్డాయి. ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క మంటను తగ్గించడానికి, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత పరిధిని విస్తృతం చేయడానికి మరియు వాటి పనితీరును మెరుగుపరచడానికి ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్లను జోడించడం ముఖ్యమైన మార్గాలలో ఒకటి. జ్వాల రిటార్డెంట్ సంకలనాల చర్య యొక్క విధానాలు ప్రధానంగా రెండు రెట్లు:
1) గ్యాస్ దశ మరియు ఘనీభవించిన దశల మధ్య ఇన్సులేటింగ్ పొరను సృష్టించడం ద్వారా, అవి ఘనీభవించిన మరియు వాయువు దశల్లో దహనాన్ని నిరోధిస్తాయి.
2) అవి దహన ప్రతిచర్య ప్రక్రియలో ఫ్రీ రాడికల్స్ను సంగ్రహిస్తాయి, గ్యాస్ దశల మధ్య దహన ప్రతిచర్యలను నిరోధించే ఫ్రీ రాడికల్ చైన్ రియాక్షన్ను రద్దు చేస్తాయి.
