Elektrolît, hêmanek neçarî yabataryayên lîtium-ion, di barkirina-çerxên daxistina pîlê de rolek girîng dilîze.
Ew ne tenê ji veguheztina bikêrhatî ya îyonên lîtium û guheztina niha berpirsiyar e, lê di heman demê de xwediyê taybetmendiyên însulasyona elektronîkî ye ku bi bandor pêşî li herikîna elektronîkî ya rasterast di navbera elektrodên erênî û neyînî de bigire. Bi awayekî fîgurî, elektrolît wekî "xwîn"ê di hundurê pîlê lîtium-îyonê de ye, pêwendiya di navbera materyalên elektrodê erênî û neyînî de misoger dike, bi vî rengî pêşkeftina birêkûpêk a tevahiya barkirinê-pêvajoya dakêşanê garantî dike.
Elektrolîteke îdeal a ji bo bataryaya lîtium-ionî divê pênc hewcedariyên jêrîn bicîh bîne:
(1) High ionic conductivity (>10⁻3S/cm).
(2) Wide electrochemical window (>4.5 V li dijî Li+/Li).
(3) Lihevhatina baş a bi elektrodê re, berxwedana herî hindik a navberê diparêze.
(4) Stêra germî û kîmyewî ya hêja, dihêle ku pîlê bi ewlehî li ser germahiyek berfireh bixebite.
(5) Mesrefa kêm, jehra kêm, û jîngehê dostane.
Digel zêdebûna-daxwazên ji bo tîrêjiya enerjiya batterê û tîrêjiya hêzê, teknolojiya pîlê bi lez pêş dikeve, û materyalên elektrodê pêşkeftinek pir mezin bi dest xistine. Berevajî vê, pêşveçûna pergalên elektrolîtê li paş maye. Niha, pêşveçûna elektrolîtên bataryayê yên lîtium-îyonî bi berfirehî li ser sê celeb têne dabeş kirin: elektrolîtên ne-elektrolîtên avê yên avê, elektrolîtên avî, û -elektrolîtên halên hişk.
Elektrolîta şêlê avî ne-
Di bataryayên lîtium-îyonê de elektrolîtên ne-avî yên helkarê sîstemên elektrolîtê yên ku av tê de nînin, bi giranî ji helweşan, madeyên çareserkirinê (bi gelemperî xwêyên lîtiumê) û lêzêdeyan pêk tên, vedibêjin. Ev ne-halên avên avî bi gelemperî helawerên organîk in, ne ji halên avî, da ku ji elektrolîza avê an reaksiyonên neyînî yên bi materyalên elektrodê re nekevin. Xwêyên lîtiumê hilgirên sereke ne ji bo veguheztina lîtium-îonê, helawker wekî hilweşandin, belavbûn û piştgirîkirina xwêyên lîtiumê kar dikin, û lêzêdeker di serî de ji bo baştirkirina performansa elektrokîmyayî an ewlehiya bataryayên lîtium-îyonê kar dikin.
Elektrolîtên bazirganî yên berdest (ango, elektrolîtên şil) yên ku di bataryayên lîtium-îonê de têne bikar anîn di serî de ji yek an çend xwêyên lîtiumê yên ku di du an jî zêdetir helawerên organîk de hatine hilweşandin pêk tên; elektrolîtên ku ji yek çareserkerê pêk tên pir kêm in. Sedema bikaranîna gelek solvanan ev e ku-bataryayên dinyaya rastîn xwedî pêdiviyên cihêreng, hetta nakok in, ku bi karanîna yek çareserkerê re dijwar e. Mînakî, dibe ku elektrolît pêdivî bi herikîna zêde hebe û di heman demê de xwedan domdarek dielektrîkî ya bilind jî be; Ji ber vê yekê, çareserkerên xwedan taybetmendiyên fizîkî-kîmyayî yên cihê bi gelemperî bi hev re têne bikar anîn, ku di heman demê de taybetmendiyên cihêreng nîşan didin. Wekî din, xwêyên lîtiumê bi gelemperî hevdem nayên bikar anîn ji ber ku hilbijartina xwêyên lîtium sînordar e, û avantajên wan bi hêsanî xuya nakin.
Pêdivî ye ku çareserkerên organîk ên îdeal xwedan taybetmendiyên sereke yên jêrîn bin: Ya yekem, ew hewceyê domdarek dielektrîkî ya bilind in da ku jihevxistina baş a xwêyên lîtiumê misoger bikin; ya duyemîn, divê ew xwedî xalek helînê ya kêm û xalek kelandinê ya bilind bin da ku germahiya xebitandinê ya elektrolîtê berfireh bikin; sêyem, vîskozîteya kêm arîkariya koçberiya bikêr a îyonên lîtiumê di navgîniyê de dike; û di dawiyê de, divê ev helawer erzan bin û xwedî jehrê kêm bin (bi îdeal ne-jehirkirî). Pêkhateyên karbonat, wekî yek ji zûtirîn û herî berfireh halkerên organîk ên ku di pîşesaziya bataryayê ya lîtium-îyonê de tê bikar anîn, di warê elektrolîtên pîlê de cîhek girîng digire.
Heya nuha, vî celebê solvan bi gelemperî du formên strukturî vedihewîne: cyclic û zincîr. Tabloya jêrîn pîvanên fizîkî yên têkildar ên çend helwêstên ne-avî, elektrolît, û hebên organîk ên ku bi gelemperî têne bikar anîn kurt dike.
| Liq | Awa | Awayî | Xala helînê (grade) | Xala kelandinê (grade) | Zexta Vaporê ya Kesane (25 derece) | Tîrêjiya têkildar (25 derece)/(mPa·s) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Etîlen Karbonat (EC) | Cyclic | 36.4 | 248 | 89,780 | 1.904 (40 pola) | |
| Propylen Carbonate (PC) | Cyclic | -48.4 | 242 | 64,920 | 2.53 | |
| Karbonat | Butylene Carbonate (BC) | Cyclic | -54.0 | 240 | 53,000 | 3.20 |
| Dimethyl Carbonate (DMC) | Linear | 4.6 | 91 | 3,107 | 0.59 | |
| Diethyl Carbonate (DEC) | Linear | -74.3 | 126 | 2,805 | 0.75 | |
| Etil Methyl Karbonat (EMC) | Linear | -53.0 | 110 | 2,958 | 0.65 |
Heya nuha, solavên karbonat alkyl bi berfirehî di elektrolîtan de têne bikar anîn. Van çareserker xwedan berxwedana oksîdasyonê ya baş in û di bin şert û mercên voltaja bilind de îstîqrara xweş nîşan didin. Karbonatên siklîk, wek karbonat etilen û karbonat propylene, bi berdewamên xwe yên dîelektrîkî yên bilind têne zanîn, yanî ew dikarin xwêyên lîtiumê bi bandortir bihelînin; lêbelê, ji ber hêzên navmolekularî yên xurt, van heliyan xwedan vîskozîteyek bilind in, ku tevgera îyonên lîtiumê di nav wan de hêdî dike. Berevajî vê, karbonatên zincîreyê, wek karbonat dimethyl û karbonat dîetîl, digel ku xwedan vîskozîteyek kêmtir in, di heman demê de xwedan domdarên dielektrîkî yên nisbeten kêm in, ku di encamê de ji bo xwêyên lîtiumê karbidestiya hilweşandinê ya bi nisbet kêm dibe. Ji ber vê yekê, ji bo amadekirina pergalên çareseriyê yên bi guheztina îyonî ya jorîn, cûreyên cûda yên çareserker bi gelemperî têne tevlihev kirin, wekî PC + DEC an EC + DMC. Xwêyên lîtiumê, wekî çavkaniya îyonên lîtiumê yên di elektrolîtê de, di veguheztina îyonên lîtium-di pêvajoya barkirin û daxistina bataryayên lîtium-îonê de rolek sereke dileyzin. Performansa wan rasterast bandorê li gelek aliyên bataryayên lîtium{10}}îyonê dike, di nav de tîrêjiya enerjiyê, tîrêjiya hêzê, rêjeya voltaja xebitandinê, jiyana çerxê, û ewlehiyê. Heya nuha, di lêkolîna laboratîf û pratîka pîşesaziyê de, xwêyên lîtiumê bi tîrêjên anyonîkî yên mezin û aramiya redoxê ya bilind bi gelemperî têne hilbijartin. Li ser bingeha pêkhateya wan a kîmyewî, xwêyên lîtiumê bi berfirehî dikarin li du kategoriyan bêne dabeş kirin: xwêyên lîtiumê yên organîk û xwêyên lîtiumê organîk. Gelek xwêyên lîtiumê yên neorganîk hatine pêşve xistin, di nav de LiPF6, LiClO4, LIBF, û LIASF. Berevajî vê, xwêyên lîtyumê organîk ên ku bi gelemperî di bataryayên lîtium-îyonê de têne bikar anîn bi lê zêdekirina elektron-komên vekêşana anyonên van xwêyên lîtiumê yên înorganîk, wek lîtium dioxalato-borate (LiBOB), lîtium difluorooxalato} difluorosulfonylimide (LiFSI), û lîtium ditrifluoromethylsulfonylimide (LTFSI)
| Liq | Xwêya Lîtium | Giraniya molekulî (g/mol) | Di Karbonatan de çareser dibe? | Di avê de çareser dibe? | Têkiliya Elektrîkê (1 mol/L, EC/DMC, 20 derece) (mS/cm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Xwêyên Lîtiumê yên Bêorganîk | LiPF₆ | 151.91 | Erê | Erê | 10.00 |
| LiBF4 | 93.74 | Erê | Erê | 4.50 | |
| LiClO4 | 106.40 | Erê | Erê | 9.00 | |
| Xwêyên Lithium Organîk | LiTFSI | 287.08 | Erê | Erê | 6.18 |
| LiFSI | 187.07 | Erê | Erê | 10.40 | |
| LiBOB | 193.79 | Erê | Erê | 0.65 |
Zêdeker ew maddeyên ku di tansiyonên kêm de li elektrolîtê têne zêdekirin (bi gelemperî ji sedî 10% bi girseyî) ku fonksiyonên taybetî hene û dikarin bi girîngî taybetmendiyên elektrokîmyayî yên pîlê çêtir bikin. Li ser bingeha fonksiyonên xwe, ev lêzêde dikarin bi berfirehî li çend kategoriyan werin dabeş kirin: Fîlm-zêdekerên ku çêdikin, retardantên agir, û lêzêdeker ji bo pêşîgirtina li barkirina zêde. Wekî din, lêzêde hene ku ji bo zêdekirina guheztinê, xweşbînkirina performansê di bin-şertên germahiya nizm de, an kontrolkirina mîqdarên şop û giraniya HF-ê di çareseriya elektrolîtê de têne bikar anîn.