Ang LiTFSI ba ang pinakamahusay na pagpipilian upang mapabuti ang pagganap ng mababang temperatura sa mga cell ng HEV?

2021-10-11 | Jerry Huang

Pangkalahatan pinaniniwalaan na mas mataas ang proporsyon ng matapang na carbon (higit sa 15%) ay pinahiran sa anode ng isang baterya ng li-ion, mas mabuti ang kondaktibiti nito. Gayunpaman, dapat nating linawin na ang pag-compaction ng purong matitigas na piraso ng carbon pol ay tungkol sa 1.15 g / cc. Kung mas maraming matapang na carbon ang pinahiran sa materyal na grapayt, ang density ng pag-compaction ng buong piraso ng poste ay mababawasan (nang hindi nadaragdagan ang puwang sa pagitan ng mga pangunahing layer ng materyal). Maaari lamang itong makamit ang 1.2g / cc nang higit pa. Sa parehong oras, ang matapang na carbon ay maaaring siksik at ang pagganap ay maaaring hindi ganap na magamit. Samakatuwid, kinakailangan upang pumili ng iba't ibang ratio ng matapang na patong ng carbon alinsunod sa mga sitwasyon ng aplikasyon.

Karaniwang kahulugan na ang materyal na anode ay karaniwang hindi pantay na binibigyang diin at hindi regular. Ang mas malaki ang laki ng maliit na butil ng materyal, mas malaki ang panloob na paglaban. Samakatuwid, kung ang matapang na patong ng carbon ay ginamit, kahit na ang buhay ng pag-ikot ng baterya ay maaaring mapalawak nang malaki, ang buhay sa kalendaryo nito ay medyo mahirap (ang kapasidad ng cell ng baterya ay binabawasan nang malaki sa loob ng 6 na buwan).

Ang LiTFSI ba ang pinakamahusay na pagpipilian upang mapagbuti ang pagganap ng mababang temperatura sa mga cell ng HEV?

Malinaw na, ang matigas na materyal na anod na pinahiran ng carbon ay hindi sapat upang malutas ang mga punto ng sakit ng hindi magandang pagganap sa mababang temperatura; ilang iba pang mga materyales ay dapat na mapabuti, tulad ng electrolytes. Ang mga electrolytes ay isang mahalagang bahagi ng mga baterya ng lithium-ion, at hindi lamang nila natutukoy ang rate ng paglipat ng Li + lithium ions sa likidong yugto, ngunit may pangunahing papel din sa pagbuo ng SEI film. Sa parehong oras, ang mga umiiral na electrolytes ay may isang mas mababang dielectric pare-pareho, upang ang mga lithium ions ay maaaring makaakit ng mas maraming mga solvent Molekyul at palayain ang mga ito sa panahon ng pagkasira, na nagiging sanhi ng mas malaking pagbabago sa entropy ng system at mas mataas na mga temperatura coefficients (TCs). Samakatuwid, mahalaga na makahanap ng isang paraan ng pagbabago na mayroong isang maliit na pagbabago ng entropy sa panahon ng pagkasira, isang mas mababang koepisyent ng temperatura, at hindi gaanong apektado ng konsentrasyon ng electrolyte. Sa kasalukuyan, mayroong dalawang paraan upang mapabuti ang pagganap ng mababang temperatura sa pamamagitan ng electrolytes:

1. Pagbutihin ang kondaktibiti ng mababang temperatura na electrolytes sa pamamagitan ng pag-optimize ng komposisyon ng solvent. Ang pagganap ng mababang temperatura ng mga electrolytes ay natutukoy ng mababang temperatura na eutectic point. Kung ang lebel ng pagkatunaw ay masyadong mataas, ang electrolyte ay malamang na ma-crystallize sa mababang temperatura, na kung saan ay seryosong makakaapekto sa kondaktibiti ng mga electrolytes at sa huli ay hahantong sa pagkabigo ng baterya ng lithium. Ang EC ethylene carbonate ay isang mahalagang sangkap ng solvent ng electrolyte. Ang natutunaw na punto nito ay 36 ° C. Sa mababang temperatura, ang solubility nito ay malamang na mabawasan at kahit na ang mga kristal ay pinapabilis sa mga electrolytes. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga bahagi ng mababang pagkatunaw at mababang lagkit upang maghalo at mabawasan ang nilalaman ng EC ng pantunaw, ang lapot at eutectic point ng electrolyte ay mabisang mabawasan sa mababang temperatura, at ang kondaktibiti ng mga electrolyte ay maaaring mapabuti. Bilang karagdagan, ipinakita din sa mga pag-aaral sa domestic at sa ibang bansa na ang paggamit ng chain carboxylic acid, ethyl acetate, ethyl propionate, methyl acetate, at methyl butyrate bilang electrolyte co-solvent ay kapaki-pakinabang sa pagpapabuti ng mababang temperatura na conductivity ng electrolytes at lubos na nagpapabuti sa mababang pagganap ng temperatura ng baterya. Ang makabuluhang pag-unlad ay nagawa sa lugar na ito.
2. Ang paggamit ng mga bagong additives upang mapagbuti ang mga pag-aari ng SEI film na ginagawang nakakaayon sa pagpapadaloy ng mga lithium ions sa mababang temperatura. Ang electrolyte salt ay isa sa mga mahahalagang bahagi ng electrolytes, at ito rin ay isang pangunahing kadahilanan upang makakuha ng mahusay na pagganap ng mababang temperatura. Mula noong 2021, ang electrolyte salt na ginamit sa isang malaking sukat ay lithium hexafluorophosphate. Ang SEI film na madaling nabuo pagkatapos ng pagtanda ay may malaking impedance, na nagreresulta sa hindi magandang pagganap ng mababang temperatura. Samakatuwid, ang pagbuo ng isang bagong uri ng lithium salt ay naging kagyat. Ang lithium tetrafluoroborate at lithium difluorooxalate borate (LiODFB), pati na ang mga lithium salts para sa electrolyte, ay nagdala rin ng mataas na conductivity sa ilalim ng mataas at mababang temperatura, upang ang baterya ng lithium ion ay nagpapakita ng mahusay na pagganap ng electrochemical sa isang malawak na saklaw ng temperatura.

Bilang isang bagong uri ng di-may tubig na lithium salt, ang LiTFSI ay may mataas na katatagan ng thermal, isang maliit na antas ng pagsasama ng anion at cation, at mataas na solubility at dissociation sa mga carbonate system. Sa mababang temperatura, ang mataas na conductivity at low charge transfer paglaban ng LiFSI system electrolyte ay tinitiyak ang mababang pagganap ng temperatura. Mandal Et Al. ginamit ang LiTFSI bilang isang lithium salt at EC / DMC / EMC / pC (mass ratio 15: 37: 38: 10) bilang pangunahing solvent para sa electrolyte; at ang resulta ay nagpakita na ang electrolyte ay mayroon pa ring mataas na conductivity na 2mScm-1 sa -40 ° C. Samakatuwid, ang LiTFSI ay itinuturing na pinaka promising electrolyte na maaaring palitan ang lithium hexafluorophosphate, at isinasaalang-alang din bilang isang kahalili para sa paglipat sa isang panahon ng solid electrolytes.

Ayon sa Wikipedia, ang imitasyon ng Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl), na madalas na tinukoy bilang LiTFSI, ay isang hydrophilic salt na may pormulang kemikal na LiC2F6NO4S2. Ang LiTFSI ay isang puting kristal o pulbos na maaaring magamit bilang isang organikong electrolyte lithium salt para sa mga baterya ng lithium-ion, na gumagawa ng electrolyte na nagpapakita ng mataas na electrochemical stable at conductivity. Ito ay karaniwang ginagamit bilang mapagkukunan ng Li-ion sa mga electrolytes para sa mga baterya ng Li-ion bilang isang mas ligtas na kahalili sa karaniwang ginagamit na lithium hexafluorophosphate. Binubuo ito ng isang Li cation at isang bistriflimide anion. Dahil sa napakataas na solubility nito sa tubig (> 21 m), ang LiTFSI ay ginamit bilang lithium salt sa water-in-salt electrolytes para sa mga may tubig na lithium-ion na baterya.

Ang LiTFSI ay maaaring makuha sa pamamagitan ng reaksyon ng bis (trifluoromethylsulfonyl) imide at lithium hydroxide o lithium carbonate sa isang may tubig na solusyon, at ang anhydrous ay maaaring makuha ng vacuum drying sa 110 ° C: LiOH + HNTf2 → LiNTf2 + H2O

Ang lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ay maaaring magamit upang maghanda ng mga electrolyte para sa mga baterya ng lithium at bilang isang bagong catalina ng acid na Lewis sa bihirang lupa; ginagamit ito upang maghanda ng mga chiral imidazolium salts ng reaksyon ng kapalit ng anion ng kaukulang trifluoromethanesulfonates. Ang produktong ito ay isang mahalagang sangkap na naglalaman ng fluorine ng organic ion, na ginagamit sa pangalawang baterya ng lithium, super capacitor Chemicalbook, aluminyo electrolytic capacitors, mahusay na pagganap na di-may tubig na mga materyales na electrolyte at bilang bagong katatagan ng mataas na kahusayan. Ang pangunahing paggamit nito ay ang mga sumusunod:

1. Mga baterya ng lithium
2. Ionic likido
3. Antistatic
4. Gamot (higit na hindi gaanong karaniwan)

Gayunpaman, isang R&D engineer mula sa Tsina ang nagsabi minsan: "Ang LiTFSI ay pangunahing ginagamit bilang isang additive sa kasalukuyang electrolytes at hindi gagamitin bilang pangunahing asin lamang. Bilang karagdagan, kahit na ito ay ginagamit bilang isang additive, ang formulated electrolyte ay may mas mahusay na pagganap kaysa sa iba pang mga electrolytes. Ang LiTFSI Electrolyte ay mas mahal kaysa sa karaniwang mga uri ng electrolytes, kaya ang LiTFSI ay hindi naidagdag, kung walang mga espesyal na kinakailangan sa pagganap ng electrolyte. "

Pinaniniwalaan na sa ilang mga sitwasyon sa aplikasyon, may mga malalaking kinakailangan para sa mga baterya na may mataas na lakas, mga sitwasyon tulad ng mga electric forklift at AGV. Bilang alalahanin sa tibay at mga katangian ng mga tool sa paggawa, kinakailangan ding malutas ang mga problema sa buhay ng siklo at pagganap ng mababang temperatura nang sabay-sabay. Samakatuwid, magpapatuloy ang pagsasaliksik at pag-unlad sa mga susunod na henerasyong electrolyte. Ngunit ito ay pa rin ng isang multi-dimensional pag-aalala at kumpetisyon ng pagganap, gastos, at kaligtasan; at ang mga merkado sa kalaunan ay makakagawa ng kanilang sariling mga pagpipilian.

Mga Sanggunian:

1. Zheng, Honghe; Qu, Qunting; Zhang, Li; Liu, Gao; Battaglia, Vincent (2012). "Hard carbon: isang nangangako na anithyo ng baterya ng lithium-ion para sa mga aplikasyon ng mataas na temperatura na may ionic electrolyte". Mga Pagsulong sa RSC. Royal Society of Chemistry. (11): 4904–4912. doi: 10.1039 / C2RA20536J. Nakuha noong 2020-08-15.
2. Kamiyama, Azusa; Kubota, Kei; Nakano, Takeshi; Fujimura, Shun; Shiraishi, Soshi; Tsukada, Hidehiko; Komaba, Shinichi (2020-01-27). "High-Capacity Hard Carbon Na-synthesize mula sa Macroporous Phenolic Resin para sa Sodium-Ion at Potassium-Ion Battery". Mga Kagamitan sa Inilapat na ACS na Inilapat. American Chemical Society. 3: 135–140. doi: 10.1021 / acsaem.9b01972.
3. Khosravi, Mohsen; Bashirpour, Neda; Nematpour, Fatemeh (2013-11-01). "Pagbubuo ng Hard Carbon bilang Anode Material para sa Lithium Ion Battery". Advanced na Materyal sa Pagsasaliksik. 829: 922–926. doi: 10.4028 / www.s Scientific.net / AMR.829.922. S2CID 95359308. Nakuha noong 2020-08-15.
4. Goriparti, Subrahmanyam; Miele, Ermanno; De Angelis, Francesco; Di Fabrizio, Enzo; Proietti Zaccaria, Remo; Capiglia, Claudio (2014). "Balik-aral sa kamakailang pag-usad ng mga nanostruktur na materyales ng anode para sa mga baterya ng Li-ion". Journal ng Mga Pinagmulan ng Kapangyarihan. 257: 421–443. Bibcode: 2014JPS ... 257..421G. doi: 10.1016 / j.jpowsour.2013.11.103.
5. Irisarri, E; Ponrouch, A; Palacín, MR (2015). "Review-Hard Carbon Negative Electrode Materials for Sodium-Ion Battteries". Journal ng Electrochemical Society. 162: A2476. doi: 10.1149 / 2.0091514jes.
6. Dou, Xinwei; Hasa, Ivana; Saurel, Damien; Vaalma, Christoph; Wu, Liming; Buchholz, Daniel; Bresser, Dominic; Komaba, Shinichi; Passerini, Stefano (2019). "Mga mahihirap na karbona para sa mga baterya ng sodium-ion: Istraktura, pagsusuri, pagpapanatili, at electrochemistry". Mga Kagamitan Ngayon. 23: 87-104. doi: 10.1016 / j.mattod.2018.12.040