ليتيم بيٽري ۾ الیکٹرولائٽ ڇا آهي؟
اليڪٽرولائٽ
ليٿيم-آئن جي بيٽري ۾ اليڪٽرولائٽ بيٽري ۾ آئنز جو ڪيريئر آهي. اهو عام طور تي ليٿيم نم، نامياتي محلولن، ۽ اضافي جو ٺهيل هوندو آهي، جيئن تصوير 7-4 ۾ ڏيکاريل آهي. اليڪٽرولائٽ ليٿيم-آئن بيٽري جي مثبت ۽ منفي اليڪٽروڊس جي وچ ۾ آئن کي هلائڻ ۾ اهم ڪردار ادا ڪري ٿي، ان جي فائدن کي يقيني بڻائي ٿي جيئن ته اعليٰ وولٽيج ۽ اعليٰ مخصوص توانائي. اليڪٽرولائٽس عام طور تي مخصوص حالتن هيٺ ۽ خاص تناسب ۾ اعلي-صاف نامياتي سالوينٽس، ليٿيم سالڪن ۽ ضروري اضافو مان تيار ڪيون وينديون آهن. جڏهن ته اليڪٽرروڊ مواد بيٽري جي توانائي جي کثافت کي طئي ڪري ٿو، اليڪٽرولائٽ بنيادي طور تي ان جي چڪر جي زندگي، اعلي ۽ گهٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي، ۽ حفاظت کي طئي ڪري ٿو. اليڪٽرولائٽ جي بنيادي جوڙجڪ نسبتا اڻڄاتل رهي ٿي؛ جدت بنيادي طور تي ناول ليتيم لوڻ ۽ اضافو جي ترقي ۾ آهي، انهي سان گڏ ليتيم آئن بيٽرين ۾ شامل بين الاقوامي ڪيميائي عملن ۽ ميکانيزم جي تمام گهڻي ڄاڻ.
ليٿيم سالڪن جا ڪيترائي قسم آھن، جيئن تصوير 7-5 ۾ ڏيکاريل آھي، پر تمام ٿورا ڪمرشل طور تي موجود ليٿيم آئن بيٽرين ۾ استعمال ٿيندا آھن. هڪ مثالي ليتيم لوڻ کي هيٺين ملڪيت هجڻ گهرجي:
1) گھٽ ايسوسيئيشن جي درجي، نامياتي سولوينٽس ۾ آسانيء سان حل ڪرڻ، اليڪٽرولائيٽ جي اعلي آئنڪ چالکائي کي يقيني بڻائي.
2) اينٽي آڪسائيڊٽ ۽ گھٽتائي جي مزاحمت سان اينيون؛ گھٽتائي واريون شيون هڪ مستحڪم، گهٽ- مزاحمتي SEI فلم جي ٺهڻ کي آسان بڻائي ٿي.
3) سٺي ڪيميائي استحڪام، اليڪٽرروڊ مواد، اليڪٽرولائٽس، يا جدا ڪندڙ سان نقصانڪار پاسي جي رد عمل جو سبب بڻجڻ کان سواء.
4) سادو تيار ڪرڻ وارو عمل، گھٽ قيمت، غير-زھري ۽ آلودگي-مفت.
LiPF6 سڀ کان وڏي پيماني تي استعمال ٿيل ليتيم لوڻ آهي. جڏهن ته ان جي انفرادي ملڪيت ان جا سڀ کان وڌيڪ شاندار نه آهن، اهو ڪاربونيٽ مخلوط سولوينٽ اليڪٽرولائٽس ۾ نسبتا بهتر مجموعي ڪارڪردگي ڏيکاري ٿو. LiPF6 هيٺ ڏنل اهم فائدا آهن:
1) غير- آبي محلولن ۾ مناسب محلول ۽ اعليٰ آئنڪ چالکائي.
2) اهو المونيم ورق موجوده ڪليڪٽر جي مٿاڇري تي هڪ مستحڪم passivation فلم بڻجي سگهي ٿو.
3) اهو synergistically ڪاربونيٽ سولوينٽس سان گرافائٽ اليڪٽرروڊ مٿاڇري تي هڪ مستحڪم SEI فلم ٺاهي ٿو.
جڏهن ته، LiPF6 غريب حرارتي استحڪام آهي ۽ خراب ٿيڻ واري رد عمل جو شڪار آهي. ضمني پراڊڪٽس اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري تي SEI فلم کي نقصان پهچائي سگھي ٿو، مثبت اليڪٽرروڊ فعال اجزاء کي ڦهلائي، ۽ سائيڪل جي دوران ظرفيت جي خرابي جو سبب بڻائين.
LiBF پڻ عام طور تي استعمال ٿيل ليتيم لوڻ اضافو آهي. LiPF6 جي مقابلي ۾، LiBF وٽ هڪ وسيع آپريٽنگ درجه حرارت جي حد آهي، بهتر اعلي-درجه حرارت جي استحڪام، ۽ اعلي گهٽ-درجه حرارت جي ڪارڪردگي. LiBF وٽ اعلي چالکائي، وسيع الیکٹرو ڪيميڪل ونڊو، ۽ سٺي حرارتي استحڪام آهي. ان جو سڀ کان وڏو فائدو ان جي فلم-بنائڻ واري ملڪيت ۾ آهي، ڇاڪاڻ ته اهو سڌو سنئون SEI فلم جي ٺهڻ ۾ حصو وٺي سگهي ٿو.
ساخت جي لحاظ کان، LiDFOB اڌ-LiBOB ۽ LiBF جي ماليڪيولن تي مشتمل آهي، جيڪا سٺي فلم جي فائدن کي گڏ ڪري ٿي-LiBOB جي ٺهڻ واري ملڪيت ۽ LiBF4 جي سٺي گهٽ-پد حرارت جي ڪارڪردگي. LiBOB جي مقابلي ۾، LiDFOB ۾ لڪير ڪاربونيٽ سولوينٽس ۽ اعلي اليڪٽرولائيٽ چالکائي ۾ وڌيڪ حلاليت آهي. ان جي اعلي-درجه حرارت ۽ گهٽ-درجه حرارت جي ڪارڪردگي LiPF4 کان بهتر آهي، ۽ اها بيٽري ڪيٿوڊ سان سٺي مطابقت رکي ٿي، ايلومينيم ورق جي مٿاڇري تي هڪ پاسوائيشن فلم ٺاهيندي آهي ۽ اليڪٽرولائيٽ آڪسائيڊشن کي روڪيندي آهي.
LiTFSI ڍانچي ۾ CF₃SO₂ گروپن ۾ هڪ مضبوط اليڪٽران- ڪڍڻ وارو اثر آهي، جيڪو ناڪاري چارج جي ڊيلوڪلائيزيشن کي تيز ڪري ٿو ۽ آئن ايسوسيئشن جوڙڻ کي گهٽائي ٿو، جنهن جي نتيجي ۾ لوڻ جي اعلي حلاليت آهي. ان کان علاوه، LiTFSI اعلي برقي چالکائي آهي، هڪ اعلي حرارتي خرابي جي درجه حرارت، ۽ آسانيء سان هائيڊولائيز نه آهي؛ بهرحال، اهو 3.7V کان مٿي وولٽيج تي ايلومينيم جي موجوده ڪليڪٽرن کي سختي سان خراب ڪندو.
LiFSI ماليڪيول ۾ فلورائن جي ايٽمن ۾ مضبوط اليڪٽران-وڏي وڃڻ جون خاصيتون هونديون آهن، جيڪي N تي منفي چارج کي ختم ڪري ڇڏيندا آهن، جنهن جي نتيجي ۾ ڪمزور آئن ايسوسيئشن ۽ Li+ جي آسانيءَ سان علحدگيءَ جو سبب بڻجندو آهي، اهڙيءَ طرح اعليٰ چالاڪيءَ جي ڪري.
LiPO2F2 سٺي گهٽ-درجه حرارت جي ڪارڪردگي ڏيکاري ٿو ۽ اليڪٽرولائٽ جي اعلي-درجه حرارت جي ڪارڪردگي کي پڻ بهتر بڻائي ٿو. اضافي طور تي، اهو منفي اليڪٽرروڊ سطح تي LixPOyFz ۽ LiF سان مالا مال SEI فلم ٺاهي سگهي ٿو، جيڪا بيٽري جي وچ ۾ رڪاوٽ کي گهٽائڻ ۽ بيٽري سائيڪل جي ڪارڪردگي کي بهتر ڪرڻ ۾ مدد ڪري ٿي. جڏهن ته، LiPO2F2 پڻ گهٽ حلاليت جو شڪار آهي.
جو بنيادي جزومائع electrolyteاهو نامياتي محلول آهي، جيڪو ليتيم لوڻ کي ٽوڙي ٿو ۽ ليتيم آئنز لاءِ ڪيريئر فراهم ڪري ٿو. ليٿيم-آئن بيٽري اليڪٽرولائيٽ لاءِ هڪ مثالي نامياتي محلول هيٺين شرطن کي پورو ڪرڻ جي ضرورت آهي:
1) اعلي dielectric مسلسل ۽ مضبوط dissolving ليتيم لوڻ جي صلاحيت.
2) گھٽ پگھلڻ واري نقطي ۽ اعلي ابلڻ واري پوائنٽ، ھڪڙي وڏي درجه حرارت جي حد تي مائع حالت کي برقرار رکڻ.
3) گھٽ ويسڪوسيٽي، ليٿيم-آئن ٽرانسپورٽ کي آسان بڻائي ٿي.
4) سٺو ڪيميائي استحڪام، مثبت ۽ منفي اليڪٽرروڊ جي جوڙجڪ کي نقصان نه پهچائيندو آهي يا مثبت ۽ منفي اليڪٽرروڊ مواد کي ڦهلائي ٿو.
5) هاء فليش پوائنٽ، سٺي حفاظت، گهٽ قيمت، غير- زهر ۽ غير- آلودگي.
عام نامياتي محلول جيڪي ليٿيم-آئن جي بيٽري اليڪٽرولائٽس ۾ استعمال ٿيندا آهن، اهي خاص طور تي ڪاربونيٽ سالوينٽس ۽ نامياتي ايٿر سولوينٽس ۾ ورهايل آهن، جيئن تصوير 7-6 ۾ ڏيکاريل آهي. اعليٰ-ڪارڪردگي واري ليٿيم-آئن بيٽري اليڪٽرولائيٽ حاصل ڪرڻ لاءِ، عام طور تي ٻن يا وڌيڪ نامياتي محلولن تي مشتمل هڪ مخلوط محلول استعمال ڪيو ويندو آهي، جيڪو انهن کي هڪ ٻئي کي پورو ڪرڻ ۽ بهتر مجموعي ڪارڪردگي حاصل ڪرڻ جي اجازت ڏئي ٿو. عام ڪاربونيٽ سولوينٽس جي جسماني ملڪيت جدول 7-1 ۾ ڏيکاريل آهن.
ٽيبل 7-1 عام ڪاربونيٽ محلولن جا جسماني خاصيتون
| نامياتي محلول | لاڳاپو Dielectric Constant | پگھلڻ واري پوائنٽ / درجي | بوائلنگ پوائنٽ / ڊگري | Viscosity Coefficient |
|---|---|---|---|---|
| ايٿيلين ڪاربونيٽ (EC) | 89.6 | 37 | 243 | 1.86 |
| پروپيلين ڪاربونيٽ (PC) | 64.4 | -55 | 240 | 2.53 |
| Dimethyl ڪاربونيٽ (DMC) | 0.59 | 2 | 91 | 0.59 |
| Diethyl ڪاربونيٽ (DEC) | 2.8 | -43 | 126 | 0.75 |
| ايٿيل ميٿيل ڪاربونيٽ (EMC) | 3.0 | -53 | 108 | 0.65 |
نامياتي ايٿر محلولن ۾ خاص طور تي زنجير ايٿرز شامل آهن جهڙوڪ 1,2-dimethoxypropane (DMP)، dimethoxymethane (DMM)، ۽ ethylene glycol dimethyl ether (DME)، ۽ سائيڪل ايٿرز جهڙوڪ tetrahydrofuran (THF) ۽ 2{{6}-Tetra-Meurmeth-2{6}}). زنجير ايٿر سالوينٽس لاءِ، ڪاربن جو سلسلو جيترو ڊگهو ٿيندو، اوترو ئي بهتر ڪيميائي استحڪام، پر اوترو وڌيڪ ويسڪوسيٽي ۽ ليٿيم-آئن جي لڏپلاڻ جي شرح گهٽ هوندي. Ethylene glycol dimethyl ether هڪ نسبتا مستحڪم چيليٽ ٺاهي سگھي ٿو (LiPF6·DME) ليٿيم هيڪسافلووروفاسفيٽ سان، ليٿيم لوڻ لاء مضبوط ڦهلائڻ واري طاقت جي نمائش ۽ نتيجي ۾ اعلي اليڪٽرولائيٽ چالکائي. بهرحال، ڊي ايم اي کي غريب ڪيميائي استحڪام آهي ۽ منفي اليڪٽرروڊ مواد جي مٿاڇري تي هڪ مستحڪم پاسوائيشن فلم ٺاهي نٿو سگهي.
ڪاربونيٽ سالوينٽس ۾ سائيڪل ڪاربونيٽ شامل آهن جهڙوڪ پروپيلين ڪاربونيٽ (PC) ۽ ايٿيلين ڪاربونيٽ (EC)، ۽ زنجير ڪاربونيٽ جهڙوڪ ڊميٿيل ڪاربونيٽ (DMC)، ڊيٿائل ڪاربونيٽ (DEC)، ۽ ميٿيل ايٿائل ڪاربونيٽ (EMC). سائڪل ڪاربونيٽ ۾ هڪ اعلي ڊائليڪٽرڪ مستقل آهي، جيڪا ليٿيم لوڻ کي وڌيڪ حل ڪندڙ بڻائي ٿي، پر انهن ۾ پڻ وڌيڪ ويسڪوسيٽي آهي، جنهن جي نتيجي ۾ گهٽ ليٿيم - آئن لڏپلاڻ جي شرح آهي. زنجير ڪاربونيٽس ۾ گھٽ ڊائليڪٽرڪ مستقل ۽ ڪمزور ليٿيم لوڻ جي حلاليت هوندي آهي، پر گهٽ ويسڪاسيٽي ۽ سٺي وهڪري جي صلاحيت، ليٿيم-آئن جي منتقلي کي آسان بڻائي ٿي.
شعاع جا قسم-ليٿيم لاءِ retardant additives-آئن اليڪٽرولائٽس شڪل 7 ۾ ڏيکاريا ويا آهن-7. اضافو، ننڍي مقدار ۾ استعمال ڪيو ويو، اهم اثر رکي ٿو ۽ ليٿيم-آئن بيٽرين جي ڪارڪردگي کي بهتر بڻائڻ لاءِ هڪ اقتصادي ۽ عملي طريقو آهي. ليٿيم-آئن بيٽرين جي اليڪٽرولائيٽ ۾ اضافي جو هڪ ننڍڙو دوز شامل ڪرڻ سان، بيٽري جي ڪارڪردگيءَ جون ڪي خاص خاصيتون خاص طور تي بهتر ڪري سگھجن ٿيون، جھڙوڪ ريورسيبل ظرفيت، اليڪٽرروڊ/اليڪٽرولائيٽ مطابقت، چڪر جي ڪارڪردگي، شرح جي ڪارڪردگي، ۽ حفاظت جي ڪارڪردگي، ليٿيم-آئن بيٽرين ۾ اهم ڪردار ادا ڪندي. هڪ مثالي ليتيم-آئن بيٽري اليڪٽرولائيٽ اضافي کي هيٺين چار خاصيتون هجڻ گهرجن:
1) نامياتي solvents ۾ اعلي solubility.
2) هڪ ننڍڙي رقم خاص طور تي هڪ يا وڌيڪ ڪارڪردگي خاصيتن کي بهتر ڪري سگهي ٿي.
3) بيٽري جي ڪارڪردگي تي اثر انداز ٿيندڙ ٻين بيٽري حصن سان ڪو به نقصانڪار رد عمل ناهي.
4) گھٽ قيمت، غير- زهر يا گھٽ زهر.
انهن جي ڪم جي بنياد تي، additives ۾ درجه بندي ڪري سگهجي ٿو conductive additives، اوور چارج تحفظ additives، شعلہ retardant additives، SEI فلم-بنائڻ وارو اضافو، ڪيٿوڊ مواد محافظ، LiPF6 اسٽيبلائيزر، ۽ ٻين فنڪشنل اضافو.
Conductive additives اليڪٽرولائٽ آئنز سان همراهيءَ سان، ليٿيم لوڻ جي ڦهلائڻ کي وڌائڻ، ۽ اليڪٽرولائٽ چالڪيت کي وڌائڻ سان ليٿيم-آئن بيٽرين جي شرح ڪارڪردگي کي بهتر بڻائي ٿو. ڇو ته conductive additives ڪم ڪري ٿو ڪوآرڊينيشن رد عمل جي ذريعي، انهن کي ligand additives پڻ سڏيو ويندو آهي، ۽ ان جي درجه بندي ٿيل آئن جي بنياد تي anionic ligands، cationic ligands، ۽ غير جانبدار ligands ۾ ورهايل آهن.
اوور چارج تحفظ additives اوور چارج تحفظ فراهم ڪن ٿا يا اوور چارج رواداري کي وڌايو. اهي فنڪشنل طور تي redox additives ۽ monomer additives ۾ ورهايل آهن. في الحال، redox additives بنيادي طور تي anisole سيريز آهن، جنهن ۾ اعلي redox امڪاني ۽ سٺي solubility آهن. مونومر اضافو پوليمرائيزيشن جي رد عمل مان گذري ٿو اعلي وولٽيج جي تحت، گيس کي آزاد ڪري ٿو، ۽ پوليمر ڪيٿوڊ مواد جي مٿاڇري کي کوٽ ڪري ٿو، چارج ڪرڻ ۾ مداخلت ڪري ٿو. Monomer additives ۾ خاص طور تي خوشبودار مرڪب شامل آهن جهڙوڪ xylene ۽ phenylcyclohexane.
شعلہ retardant additives ڪم اليڪٽرولائيٽ جي اگنيشن پوائنٽ کي وڌائڻ يا آزاد ريڊيڪل زنجير رد عمل کي ختم ڪندي جيڪو دھلائي کي روڪي ٿو. انهن جا قسم شڪل 7-8 ۾ ڏيکاريا ويا آهن. شعاع retardants شامل ڪرڻ اليڪٽرولائٽ جي ٻرندڙ صلاحيت کي گهٽائڻ، ليتيم آئن بيٽرين جي آپريٽنگ گرمي جي حد کي وسيع ڪرڻ، ۽ انهن جي ڪارڪردگي کي بهتر ڪرڻ جو هڪ اهم طريقو آهي. شعله retardant additives جي عمل جو ميکانيزم بنيادي طور تي ٻه ڀيرا آهن:
1) گيس جي مرحلي ۽ گادي واري مرحلي جي وچ ۾ هڪ موصلي واري پرت ٺاهڻ سان، اهي ڪنڊينسڊ ۽ گيس مرحلن ٻنهي ۾ باهه کي روڪيندا آهن.
2) اهي ٻرندڙ رد عمل جي عمل دوران آزاد ريڊيڪل کي پڪڙيندا آهن، آزاد ريڊيڪل زنجير رد عمل کي ختم ڪري ٿو جيڪو گئس مرحلن جي وچ ۾ آتش رد عمل کي روڪي ٿو.
