LiTFSI é a melhor escolha para melhorar o desempenho de baixa temperatura em células HEV?
| Jerry Huang
Geralmente, acredita-se que quanto maior a proporção de carbono duro (acima de 15%) revestido no ânodo de uma bateria de íons de lítio, melhor sua condutividade. No entanto, devemos deixar claro que a compactação das peças polares de carbono puro puro é de cerca de 1,15 g / cc. Se mais carbono duro for revestido com o material de grafite, a densidade de compactação de toda a peça polar será reduzida (sem aumentar o espaço entre as camadas do material do núcleo). Só pode atingir 1,2g / cc, no máximo. Ao mesmo tempo, o carbono rígido pode ser compactado e o desempenho pode não ser totalmente utilizado. Portanto, é necessário escolher diferentes proporções de revestimento de carbono duro de acordo com os cenários de aplicação.
É senso comum que o material do ânodo é geralmente tensionado de forma desigual e irregular. Quanto maior for o tamanho da partícula do material, maior será a resistência interna. Portanto, se o revestimento de carbono rígido for usado, embora o ciclo de vida da bateria possa ser significativamente expandido, sua vida útil é relativamente baixa (a capacidade da célula da bateria diminui muito com o armazenamento de 6 meses).
LiTFSI é a melhor escolha para melhorar o desempenho de baixa temperatura em células HEV?
Obviamente, o material do ânodo revestido de carbono duro não é suficiente para resolver os pontos problemáticos do desempenho insatisfatório em baixa temperatura; alguns outros materiais devem ser melhorados, como eletrólitos. Eletrólitos são uma parte importante das baterias de íon-lítio, e eles não apenas determinam a taxa de migração de íons Li + lítio na fase líquida, mas também desempenham um papel fundamental na formação do filme SEI. Ao mesmo tempo, os eletrólitos existentes têm uma constante dielétrica mais baixa, de modo que os íons de lítio podem atrair mais moléculas de solvente e liberá-las durante a dessolvatação, causando maiores mudanças na entropia do sistema e maiores coeficientes de temperatura (TCs). Portanto, é importante encontrar um método de modificação que tenha uma mudança de entropia menor durante a dessolvatação, um coeficiente de temperatura mais baixo e seja menos afetado pela concentração de eletrólito. Atualmente, existem duas maneiras de melhorar o desempenho em baixa temperatura por meio de eletrólitos:
- Melhore a condutividade de baixa temperatura dos eletrólitos otimizando a composição do solvente. O desempenho dos eletrólitos em baixa temperatura é determinado pelo ponto eutético em baixa temperatura. Se o ponto de fusão for muito alto, é provável que o eletrólito se cristalize em baixas temperaturas, o que afetará seriamente a condutividade dos eletrólitos e, por fim, levará à falha da bateria de lítio. O carbonato de etileno EC é um importante componente solvente do eletrólito. Seu ponto de fusão é 36 ° C. Em baixas temperaturas, sua solubilidade tende a diminuir e até mesmo os cristais precipitam nos eletrólitos. Ao adicionar componentes de baixo ponto de fusão e baixa viscosidade para diluir e reduzir o teor de EC do solvente, a viscosidade e o ponto eutético do eletrólito podem ser efetivamente reduzidos em baixas temperaturas e a condutividade dos eletrólitos pode ser melhorada. Além disso, estudos domésticos e internacionais também mostraram que o uso de ácido carboxílico de cadeia, acetato de etila, propionato de etila, acetato de metila e butirato de metila como co-solvente eletrolítico é benéfico para a melhoria da condutividade de baixa temperatura dos eletrólitos e melhora muito o desempenho da bateria em baixa temperatura. Progresso significativo foi feito nesta área.
- O uso de novos aditivos para melhorar as propriedades do filme SEI o torna propício para a condução de íons de lítio a baixas temperaturas. O sal de eletrólito é um dos componentes importantes dos eletrólitos e também é um fator chave para obter um desempenho excelente em baixa temperatura. Desde 2021, o sal eletrólito usado em grande escala é o hexafluorofosfato de lítio. O filme SEI, que é facilmente formado após o envelhecimento, tem uma grande impedância, resultando em um desempenho insatisfatório em baixa temperatura. Portanto, o desenvolvimento de um novo tipo de sal de lítio torna-se urgente. Tetrafluoroborato de lítio e borato de difluorooxalato de lítio (LiODFB), como sais de lítio para eletrólito, também trouxeram alta condutividade sob altas e baixas temperaturas, de modo que a bateria de íon de lítio exibe excelente desempenho eletroquímico em uma ampla faixa de temperatura.
Como um novo tipo de sal de lítio não aquoso, LiTFSI tem alta estabilidade térmica, um pequeno grau de associação de ânion e cátion, e alta solubilidade e dissociação em sistemas de carbonato. Em baixas temperaturas, a alta condutividade e baixa resistência de transferência de carga do eletrólito do sistema LiFSI garantem seu desempenho em baixa temperatura. Mandal Et Al. usou LiTFSI como um sal de lítio e EC / DMC / EMC / pC (razão de massa 15: 37: 38: 10) como o solvente básico para eletrólito; e o resultado mostrou que o eletrólito ainda tem uma alta condutividade de 2mScm-1 a -40 ° C. Portanto, LiTFSI é considerado o eletrólito mais promissor para substituir o hexafluorofosfato de lítio, sendo também considerado uma alternativa para a transição para uma era de eletrólitos sólidos.
De acordo com a Wikipedia, bis (trifluorometanossulfonil) imida de lítio, muitas vezes referida simplesmente como LiTFSI, é um sal hidrofílico com a fórmula química LiC2F6NO4S2. LiTFSI é um cristal ou pó branco que pode ser usado como um sal de lítio de eletrólito orgânico para baterias de íon-lítio, o que torna o eletrólito apresentando alta estabilidade eletroquímica e condutividade. É comumente usado como fonte de íon-lítio em eletrólitos para baterias de íon-lítio como uma alternativa mais segura ao hexafluorofosfato de lítio comumente usado. É composto por um cátion Li e um ânion bistriflimide. Por causa de sua alta solubilidade em água (> 21 m), LiTFSI tem sido usado como sal de lítio em eletrólitos de água em sal para baterias aquosas de íon-lítio.
LiTFSI pode ser obtido pela reação de bis (trifluorometilsulfonil) imida e hidróxido de lítio ou carbonato de lítio em uma solução aquosa, e o anidro pode ser obtido por secagem a vácuo a 110 ° C: LiOH + HNTf2 → LiNTf2 + H2O
A bis (trifluorometilsulfonil) imida de lítio pode ser usada para preparar eletrólitos para baterias de lítio e como um novo catalisador de ácido de Lewis em terras raras; é usado para preparar sais de imidazólio quirais por reação de substituição de ânions de trifluorometanossulfonatos correspondentes. Este produto é um importante composto de íon orgânico contendo flúor, que é usado em baterias de lítio secundárias, supercapacitor Chemicalbook, capacitores eletrolíticos de alumínio, materiais eletrolíticos não aquosos de alto desempenho e como novo catalisador de alta eficiência. Seus usos básicos são os seguintes:
- Baterias de lítio
- Líquidos iônicos
- Antiestático
- Remédio (muito menos comum)
No entanto, um engenheiro de P&D da China disse uma vez: “LiTFSI é usado principalmente como um aditivo em eletrólitos atuais e não será usado apenas como o sal principal. Além disso, mesmo que seja utilizado como aditivo, o eletrólito formulado apresenta melhor desempenho do que outros eletrólitos. LiTFSI Electrolyte é muito mais caro do que os tipos normais de eletrólitos, então LiTFSI não é adicionado, se não houver requisitos especiais no desempenho do eletrólito. "
Acredita-se que, em alguns cenários de aplicação, existam requisitos substanciais para baterias de alta potência, cenários como empilhadeiras elétricas e AGVs. No que diz respeito à durabilidade e aos atributos das ferramentas de produção, também é necessário resolver os problemas de ciclo de vida e desempenho em baixa temperatura de uma só vez. Portanto, a pesquisa e o desenvolvimento de eletrólitos de próxima geração continuarão. Mas ainda é uma preocupação e competição multidimensional de desempenho, custo e segurança; e os mercados acabarão por fazer suas próprias escolhas.
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