Електроліти для літієвих та літій-іонних батарей »Огляд технології Джонсона Метті

ПОВ'ЯЗАНІ СТАТТІ

Джонсон Метті Технол. Ред., 2015, 59, (1), 30

“Електроліти для літієвих та літій-іонних батарей”

Під редакцією Т. Річарда Джоу, Кан Сю, Олега Бородіна (Лабораторія досліджень армії США, США) та Макото Уе (Mitsubishi Chemical Corporation, Японія), Серія: Сучасні аспекти електрохімії, вип. 58, Springer Science + Business Media, Нью-Йорк, США, 2014, 476 сторінок, ISBN: 978-1-4939-0301-6, 117,00 фунтів стерлінгів, 179,00 доларів США, 135,19 євро

Відгук Сари Болл
Johnson Matthey Technology Center, Blounts Court, Sonning Common, Reading, RG4 9NH, Великобританія Електронна адреса: [email protected]

Стаття Конспект

“Електроліти для літію та літій-іонних батарей”, опублікований у 2014 р. Спрингером, - том 58 у серії “Сучасні аспекти електрохімії”. Том редагують Т. Річард Джоу, Кан Сю, Олег Бородін та Макото Уе. У передмові редактори виклали свою мету зі складання цього обсягу, який мав надати вичерпний огляд електролітів для літій-іонних батарей. Він охоплює дослідження та розробки електролітів за останні десять років і може бути використаний як основа для подальшої роботи та напрямків. Обсяг успішно охоплює багатогранну область електролітів логічним і всебічним способом.

Теми розділів включають солі літію, досягнення розчинників, добавок та іонних рідин, потім перехід до розуміння інтерфаз катода та анода, огляд різних підходів до характеристики, обговорення підходів до моделювання та, нарешті, майбутні технології, такі як літієві повітряні батареї.

Солі, розчинники та добавки

Глава 1, «Неводні електроліти: досягнення солей літію» Уеслі А. Хендерсона (Північно-західна національна лабораторія Тихого океану, США) починається з інформації про бажані сольові властивості, такі як іонна провідність, розчинність, стійкість (до окислення та гідролізу) та здатність до утворення оптимальна інтерфаза на електродах. Потім у цій главі подано надзвичайно всебічне висвітлення різних типів солей літію та їх властивостей, починаючи від таких солей, як гексафторфосфат літію (LiPF6) та біс літію (бістрифторметансульфоніл) імід (LiTFSI), до більш просунутих прикладів, включаючи органоборати, фосфати та алюмінати. . Структурні схеми включені для всіх прикладів, які значною мірою допомагають читачеві, а глава завершується висвітленням критеріїв прийняття нових солей; розділ також включає понад 700 посилань.

У розділі 2 "Неводні електроліти з прогресом у розчинниках" Макото Уе, Юкіо Сасакі (Токійський політехнічний університет, Японія), Ясутака Танака (Університет Сідзуока, Японія) та Масаюкі Моріта (Університет Ямагучі, Японія) розглядає важливі властивості розчинників, включаючи високі електролітична провідність, висока хімічна та електрохімічна стабільність, широкий діапазон робочих температур та висока безпека. Показані фазові діаграми для ряду сумішей розчинників і обговорюються такі властивості, як в'язкість, провідність та стабільність для ряду циклічних та лінійних карбонатів та їх фторованих варіантів. Обговорюється типова вимога змішувати принаймні два електроліти для досягнення оптимальних властивостей, наприклад, комбінація циклічного карбонату (висока діелектрична проникність, що сприяє дисоціації солі) та лінійного карбонату (до нижчої в'язкості), а також переваги фторованих розчинників для підвищення електрохімічних показників та стабільності використання органобаратів для зниження ваги, вартості та токсичності та додавання фосфатів як антипіренів. Також розглядаються електроліти полімерного гелю та сірковмісні розчинники.

Глава 3 „Неводні електроліти та досягнення добавок” Коджі Абе (UBE Industries Ltd, Японія) частково розказана з історичної точки зору, але також класифікує різні типи добавок відповідно до їх функції та безпеки. Обговорюється навмисне додавання добавок для контролю твердої електролітної інтерфази (SEI) шляхом формування контрольованого тонкого шару з меншим опором рухливості Li та добавок для утворення стабільної катодної інтерфази. Також розглядаються аспекти безпеки, такі як додавання видів, які можуть запобігти тепловому втечі через поверхневу полімеризацію, та добавки, такі як окисно-відновлювальні човники (наприклад, анізоли) та інші підходи до захисту від надмірних зарядів та вогнезахисні добавки, такі як фосфати.

У главі 4, "Останні досягнення в іонних рідинах для вторинних літієвих батарей" Хаджіме Мацумото (Національний інститут передових промислових наук і технологій (AIST), Японія) описуються корисні властивості іонних рідин (ІЛ), такі як знижена горючість і летючість та покриви приклади їх дослідницького використання в повних камерах. Важливими останніми розробками є рецептура нових аніонів (зокрема, асиметричних версій), які впливають на в'язкість та покращують рухливість/провідність, щоб досягти показників, порівнянних із звичайними електролітами з використанням ІЛ. Показано також, що висока стабільність ІЛ при аналізі окремих компонентів (термічне розкладання) знижується у присутності активних компонентів батареї, що ілюструє важливість реалістичних сценаріїв тестування.

Інтерфейси та хімія поверхні

Розділ 5, „Інтерфази між електролітами та анодами в літій-іонній батареї” Менгкіна Сю, Лідана Сінга та Вейшаня Лі (Південно-Китайський нормальний університет) висвітлює інтерфазу анодного електроліту (іменовану SEI). Він починається з історичного огляду початкової роботи з анодами Li та графітом, висвітлюючи, як нестабільна інтерфаза, що утворюється з електролітами графіту та пропіленкарбонату (ПК), перешкоджала початковим дослідженням і була революціонізована зміною на етиленкарбонат (EC) та інші електроліти, які утворюють стабільний SEI з графітовими анодами. Обговорено механізми утворення SEI (двовимірного (2D) та тривимірного (3D)) та продуктів відновлення для різних лінійних та циклічних карбонатних розчинників, що створюють SEI, та описано енергетичні бар'єри для руху Li через міжфазну (Фігура 1). Крім того, обговорюються різні методи характеристики (включаючи ядерно-магнітний резонанс (ЯМР) та рентгенівську фотоелектронну спектроскопію (XPS)) для дослідження складу СЕІ. Охоплюється також розширення до більш вдосконалених анодів, таких як кремній та добавки, що сприяють формуванню СЕІ для різних систем.