Электролит для аккумуляторов состав: Кислотный электролит: состав и метод изготовления — magazinakb.ru

Содержание

Кислотный электролит: состав и метод изготовления

Электролит – это токопроводящая жидкость, которая представляет собой смесь дистиллированной воды и кислоты или щелочи. Подробнее о свойствах и видах электролита можно почитать в нашей прошлой статье.

Сейчас мы хотим уделить внимание первому виду этого раствора – кислотному электролиту

Состав и изготовление

Важно понимать, что при нарушении технологии изготовления раствора щелочи или серной кислоты ваш аккумулятор может выйти из строя. Поэтому многие предпочитают покупать кислотную или щелочную смесь в специализированных магазинах.

Если вы решились приготовить токопроводящую жидкость самостоятельно, то для кислотного электролита вам понадобятся дистиллированная вода и серная кислота.

Преимущества серной кислоты заключаются в том, что она почти не имеет запаха и не испаряется при нормальной комнатной температуре от 15 до 25 градусов тепла. Также по другим химическим характеристикам это вещество лучшим образом подходит для заливки в АКБ со свинцовыми пластинами.3

Нельзя забывать о том, что серная кислота – это едкое вещество. Поэтому работа с ней предполагает применение защитных средств. Как минимум, перчаток и защитных очков.

Как найти хороший автомобильный аккумулятор?

В Нижнем Новгороде вы можете купить аккумулятор недорого и быстро, просто зайдя в наш интернет магазин «Центр-АКБ». В каталоге магазина представлены различные модели с подробными техническими характеристиками. Поэтому, если вы решились купить аккумулятор Bosch или батареи других брендов, смело заполняйте заявку на сайте или звоните по телефону горячей линии:+7 (831) 416-13-13

Нас можно найти в Нижнем Новгороде по адресам:

ул. Березовская, д. 96А
ул. Деловая, д. 7к5
проспект Кирова, 12
ул. Русская улица, 5

что это такое, химический состав, как приготовить

Что из себя представляет электролит и зачем его использовать

Это жидкость на основе кислоты или щелочи. Работает она как проводник тока. При повышении уровня заряда АКБ плотность жидкости повышается.

Химический раствор должен быть качественным, сделанным без отступлений от технологии изготовления. В противном случае заряд аккумулятора не произойдет.

Правила эксплуатации

Свойства электролита достаточно чувствительны к смене температурного режима окружающей среды, поэтому в зонах с умеренным климатом рекомендуется проверять его состояние два раза в год: в конце осени и в конце весны.

Измерение плотности

Плотность является важной характеристикой кислотного электролита, состав которого определяет ее величину. Прибор, которым измеряется плотность электролита, называется ареометром, который можно купить в любом автомагазине. При его использовании следует учитывать температуру окружающей среды и связанный с ней поправочный коэффициент.

Следующая таблица демонстрирует поправочные коэффициенты к полученным показаниям ареометра в зависимости от температуры (градусы Цельсия):

от -40 до -26: -0,04;
от -25 до -11: -0,03;
от -10 до +4: -0,02;
от +5 до +19: -0,01;
от +20 до +30: 0,00;
от +31 до +45: +0,01.

Помимо ареометра, для записи измеренных результатов рекомендуется заранее приготовить чистый лист бумаги и карандаш. Проверку необходимо проводить в каждом элементе батареи отдельно. Следующие шаги объясняют порядок действий:

Первым делом следует открыть каждую емкость в батарее, плотность электролита в которой должна быть измерена.
Предназначенную для измерения часть ареометра нужно поместить в электролит.
Грушей прибора следует забрать некоторую порцию электролита так, чтобы поплавок ареометра начал плавать.
В месте соприкосновения специального стержня и жидкости следует смотреть настоящие показания измеряемой величины.
Полученный результат записать, а затем провести аналогичные действия для оставшихся емкостей батареи.

Рекомендуем: Типы и особенности выбора аккумуляторов для автомобиля (АКБ)
Плотность является физической величиной, размерность которой определяется как г/см3. В случае электролита после проведенных измерений следует удостовериться, что ее колебания во всех элементах АКБ не превышают 0,2−0,3 г/см3. Если средняя величина плотности по всем емкостям АКБ лежит ниже установленного значения в паспорте, тогда необходимо зарядить аккумулятор.
При уходе за аккумулятором и контроле плотности электролита необходимо иметь в виду температурный режим. Так, в холодное время года следует поддерживать более высокие значения этой величины (1,30 г/см3), так как она обеспечивает более низкую температуру замерзания жидкости. Например, если значение плотности лежит ниже 1,1 г/см3, то в электролите могут появляться кристаллики льда уже при температуре -6 °C. Летом же лучше снижать плотность заряженной батареи до уровня 1,23 г/см3, поскольку чем она ниже, тем дольше прослужит устройство.

Зимой при низких температурах воздуха рекомендуется снимать аккумулятор с автомобиля и заносить его в помещение, в котором следует проводить все контролирующие замеры электролитических параметров. Кроме того, для эксплуатации электроприбора в северных районах страны следует приобрести специальный контейнер-рубашку, который позволяет сохранять тепло корпуса АКБ.

Уровень жидкости

Еще одной ключевой характеристикой аккумуляторной батареи, за которой необходимо следить регулярно, является уровень электролита в каждом элементе. Согласно общим рекомендациям, он не должен быть ниже 1−1,5 см верхнего края пластин.
Перед измерением уровня электролита в каждой секции батареи следует поставить электроприбор на горизонтальную поверхность. После этого рекомендуется взять стеклянную трубку длиной 25−30 см и диаметром 5−6 мм, опустить ее на дно измеряемой банки, закрыть свободный конец трубочки большим пальцем, чтобы предотвратить спад жидкости в ней при вытягивании из банки, а затем вытянуть ее из электролита и любой линейкой измерить уровень.

Эту операцию можно провести с помощью обычного листа бумаги, который следует свернуть в трубочку и опустить на дно измеряемой емкости. При последующем измерении линейкой мокрого отпечатка на листе следует учесть величину погрешности, возникающую из-за капиллярного эффекта.

Если при измерениях обнаружен недостаток жидкости в какой-либо емкости батареи, тогда следует в нее добавить нужное количество дистиллированной воды.

Делать это следует осторожно, небольшими порциями, поскольку вода, попадая в кислоту, вызывает большое выделение теплоты и вскипание. Добавлять следует именно воду, а не электролит, в противном случае можно серьезно повредить электроприбор.

Какие виды химической жидкости существуют

Поскольку электролит – это смесь либо на основе кислоты либо щелочи, то видов этой смеси два: щелочная и кислотная.

Кислотная – симбиоз кислоты и дистиллированной воды. Аккумуляторы с этим типом электролита нужны, чтобы запустить двигатель.

В щелочном типе жидкости применяется смесь кальциево-литиевой основы и дистиллированной воды.

Такие смеси служат для накапливания электричества в АКБ. Область применения этих батарей – электроприборы, автопогрузчики, военная автотехника.

Виды, состав и особенности

На данный момент различают три вида электролитов для аккумуляторов, для щелочных аккумуляторов — щелочной, а для кислотных — кислотный, но так же выделяют и корректирующий электролит, необходимый при обслуживании батарей.

Как определить кислотный аккумулятор или щелочной? Проще всего это сделать по маркировке корпуса и по материалу, из которого он сделан. Корпус кислотных АКБ всегда изготавливается из специального пластика, тогда как щелочные батареи могут быть сделаны из металла. Так же можно определить протестировав каплю электролита из аккумулятора: кислотный электролит вступит в реакцию с содой или мелом.

Кислотный

Представляет собой смесь серной кислоты, составляющей тридцать пять процентов всего состава, и дистиллированной воды, которая занимает оставшиеся шестьдесят пять.

Данный состав в аккумуляторе находится в емкости со свинцовыми пластинами, при контакте этих элементов и происходит выработка тока.

Преимущества кислотного электролита:

Высокий уровень КПД
Слабая потеря заряда при бездействии
Выдача высокого стартового тока
Невысокая стоимость

Недостатки:

Чувствительность к перепадам температур
Неэкологичность
Необходимость регулярного контроля плотности состава

Следует отметить, что кислотный электролит используется в большинстве моделей аккумуляторных батарей для автомобилей, так как только он способен давать достаточное количество тока для запуска двигателя. При этом аккумуляторы, изготовленные с использованием данного раствора, делятся на две группы:

Обслуживаемые
Необслуживаемые

Первый вид обеспечивает легкий доступ к содержимому банок. В них можно замерять плотность электролита, при необходимости заливать дистиллированную воду и электролит, просто открутив крышки с банок.

В случае с необслуживаемыми моделями провести подобные действия также возможно, однако для этого нужно самостоятельно вскрыть устройство, провести нужные действия, а затем герметично их закрыть. В подобных случаях могут быть использованы дрель и сварочный аппарат.

Проводить замену электролита в необслуживаемых моделях стоит только в тех случаях, когда их гарантийный срок истек. Часто это производится исключительно для получения опыта проведения подобных операций.

Щелочной

Щелочной электролит состоит из гидроокиси калия, натрия, лития или всех этих составляющих в комплексе, разведенных в воде.

К достоинствам данного вида относятся:

Длительный период службы
Способность сохранять свойства при значительных перепадах температуры
Гораздо меньшее выделение вредных газов в атмосферу
Способность выдерживать встряски
Неприхотливость в обслуживании

Недостатки:

Меньшая величина электродвижущей силы по сравнению с кислотными
Отсутствие способности подачи стартового тока для запуска двигателя
Более высокая стоимость

Несмотря на долгий срок службы, неприхотливость и другие преимущества применение данного вида электролита в автомобильной промышленности ограничено. Виной тому неспособность выработки достаточного уровня стартового тока, необходимого для запуска двигателя. К минусам также относятся их внушительные габариты.

Это интересно: Основные правила зарядки смартфонов

Однако устройства на щелочном электролите успешно применяются в обеспечении током тяговых и локомотивных составов.

Важно! Перед осуществлением замены следует убедиться, что аккумулятор именно щелочной. В противном случае АКБ можно полностью вывести из строя.

Корректирующий

Данный электролит является специальным составом с высоким содержанием активных веществ, используемый для повышения плотности электролита аккумулятора. Он предназначен для повышения концентрации активных веществ в батарее.

В продаже можно встретить следующие виды корректирующего электролита:

Твердый калиево-литиевый
Жидкий калиево-литиевый с различной плотностью
Жидкий кислотный

Корректирующий электролит можно изготовить самостоятельно, имея под рукой необходимые для этого составы, однако зачастую его проще купить, так как стоимость его более чем доступна.

Как пользоваться корректирующим электролитом:

Удалить из банок немного электролита
Долить в них такое же количество корректирующей жидкости
Установить АКБ на заряд номинальным током для запуска процесса смешивания полученного состава на полчаса
Оставить батарею на остывание на пару часов
Произвести замер плотности и при необходимости отрегулировать его снова

При повторной коррекции количество заменяемого электролита следует уменьшить.

Способ приготовления кислотного раствора

Потребуется следующее:

Емкость и шпатель для смешивания, способные противостоять к разъеданию кислотами.
Очищенная (дистиллированная) вода.
Серная кислота для аккумулятора.
Защитная одежда (фартук, очки, перчатки).
Сода (нейтрализатор кислоты).

Как готовим:

В посуду наливаем нужное количество воды и аккуратно и медленно вливаем в воду кислоту.
Перемешиваем шпателем.
Оставляем на отстаивание не менее полусуток. На литр смеси берем 0,75 воды и 0,285 кислоты.

Готовим щелочной раствор

Нам понадобится посуда, устойчивая к химическим щелочным реакциям, щелочь (едкий калий или едкий натрий), можно добавлять литиевые вещества для улучшения качества раствора, вода.

Важно! Воду добавляем полностью очищенную, т.е. дистиллированную!

Способ приготовления:

В посуду наливаем дистиллированную воду.
Высыпаем щелочь и тщательно размешиваем. Если плотность неудовлетворительная, то добавляем щелочь или жидкость.
Настаиваем три часа.
Переливаем полученную жидкость в другой сосуд, не поднимая осадка.

Электролит с повышенной плотностью

Он может понадобиться нам для коррекции плотности находящегося в аккумуляторе. В случае если вы добавили в банки батареи много воды и плотность химической смеси упала, можно откорректировать ее с помощью электролита с большей плотностью.

Для приготовления немного меняем пропорции щелочи (кислоты) и воды (0,423 к-ты на 0,650 воды). Очередность действий такая же, как и при изготовлении основного раствора.

Химические свойства электролита такие же, но температура замерзания ниже. Смесь используется только для корректировки основного электролита.

Как приготовить самостоятельно

Перед тем, как самостоятельно заменить электролит для аккумулятора, необходимо принять соответствующие меры безопасности и приготовить предметы индивидуальной защиты:

Перчатки
Фартук
Защитные очки
Раствор соды на случай попадания средства на кожу или предметы одежды
Уксус или лимонную кислоту – для нейтрализации щелочи

Проводить действия следует в хорошо проветриваемом помещении с температурой воздуха не выше +25 C°. Следует заранее знать, какой объем готового электролита потребуется для заполнения батарей. В среднем, в современных АКБ количество раствора составляет от 2,6 до 3,7 литра. Поэтому стоит сразу ориентироваться на максимальное количество. За основу можно взять 4 литра конечного раствора.

Для приготовления электролита необходимо заранее приготовить следующие предметы:

Посуду достаточной емкости, изготовленную из материала, устойчивого к воздействию кислоты и щелочи
Небольшую палочку для перемешивания электролита
Инструменты для проведения замеров плотности, температуры и уровня раствора
Для кислотного электролита – серную жидкость, для щелочного – щелочь в твердом или жидком виде, литий или силикагель

Важно! Все используемые материалы должны быть химически нейтральными для исключения возникновения ненужных реакций при их соприкосновении. В качестве емкости вполне подойдут обычные стеклянные банки.

Процесс приготовления щелочного электролита

Ингредиенты для приготовления данного состава могут быть как в жидком виде, так и в твердом. Если с первым все понятно, то перед тем как залить, щелочной электролит из твердого вещества потребуется развести в дистиллированной воде.

Требуемая плотность указывается на сайте производителя аккумулятора, также информацию можно найти в прилагаемой инструкции по эксплуатации. Твердый электролит берется пропорционально нужному количеству окончательного жидкого раствора и составляет:

1/5 – для получения раствора плотностью 1,17-1,19 г/м³
1/3 – для раствора плотностью 1,19-1,21 г/м³
1/2 — для раствора плотностью 1,25-1,27 г/м³

Процесс приготовления состоит из следующих шагов:

Налить в посуду дистиллированную воду
Добавить нужное количество щелочи
Перемешать раствор
Плотно закрыть крышкой
Настаивать в течение 6 часов

После того, как процесс настаивания будет завершен, необходимо слить светлый раствор. Если часть состава выпадает в осадок, нужно его регулярно перемешивать. При заливке нужно следить, чтобы он остался на дне, не попав в аккумулятор, в противном случае это грозит выходом АКБ из строя.

Это интересно: Альтернативные источники энергии для дома

Приготовление раствора для свинцовых аккумуляторов

Перед тем, как разбавить кислотный электролит, необходимо определить нужные пропорции. Они зависят от климатических условий, в которых планируется эксплуатация устройства.

Для получения электролита плотностью 1,28 г/м³, что приемлемо для средних климатических условий, потребуется в один литр дистиллированной воды влить 0,36 л серной кислоты. Для жарких регионов количество серной кислоты уменьшается до 0,33 л на то же количество воды.

Как разводить аккумуляторную кислоту:

Налить в подготовленную емкость дистиллированную воду
Аккуратно тонкой струйкой влить в нее кислоту
Измерить плотность полученного раствора
Оставить раствор настаиваться на 12 часов

Важно! Нельзя вливать воду в кислоту! Правильно — вливать кислоту в воду. Не следует торопиться, вливая кислоту, давайте возможность ей постепенно раствориться в воде.

Для каких аккумуляторов используют разные типы химической жидкости?

Чтобы не ошибиться, следует изучить этикетку на аккумуляторе. Если батарея свинцово-кислотного типа, то используем кислотную смесь.

В щелочные батареи наливаем раствор на основе калиевого или натриевого вещества. Тип щелочи можно узнать по горению. Калий горит фиолетово-красным, а натрий — желтым огнем.

Итак, если вдруг возникнет необходимость самостоятельно приготовить электролит для аккумулятора, то, в принципе, это возможно. Следует соблюдать технику безопасности и быть внимательным к пропорциям веществ — и все обязательно получится.

Нейтрализация электролита

Если аккумулятор вышел полностью из строя, его требуется утилизировать грамотно. Но также в случае течи электролита из батареи необходимо узнать, чем нейтрализовать ее.

Бывают ситуации, когда при поломке аккумулятора может быть залита отдельная часть в месте его нахождения. Для этого необходимо вытащить батарею и провести очистку. Нейтрализация этого вещества из аккумулятора, как правило, проводится при помощи специального оборудования и применения технологий. Это важно с экономической и экологической точек зрения. Если проводить неорганизованную нейтрализацию, можно нанести значительный вред окружающей среде.

В настоящее время имеются два варианта нейтрализующего вещества с кислотами промышленным способом. Первый предусматривает устранение фильтрующим методом сброса кислоты в стоки, с пропусканием через магнезит, известняк и другие материалы, а второй способ – регенерация кислоты специальной обработкой с последующим получением товарного продукта. Но на практике многие водители рекомендуют в случае пролива опасного вещества использовать щелочный раствор, который делается из пищевой соды и воды.

При регулярной проверке аккумулятора, в том числе контроле за плотностью и уровнем электролита, можно избежать многих проблем и продлить срок эксплуатации батареи, не допустить механических разрушений. Всегда требуется внимательно относиться к устройствам при эксплуатации, особенно в зимнее время, когда при низких температурах и сниженной плотности электролита может произойти его замерзание или разрушение пластин.

Электролит для аккумуляторов:его назначение и виды

Практически на всем протяжении эксплуатации автомобильной техники, водители сталкиваются с таким понятием как уровень и плотность электролита в аккумуляторе. Обслуживаемые батареи до сих пор в большинстве случаев вытесняют свои аналоги по некоторым техническим параметрам, одним и таких параметров является диапазон рабочих температур.

Электролит для аккумуляторов

Жидкость для аккумуляторов представляет собой особый раствор из активных веществ необходимый для накопления и удержания внутренней энергии источника питания. От состава такого электропроводника зависит нормальная работа батареи, а также срок службы, который измеряется количеством циклов заряд-разряд. Непосредственно в самом растворе для АКБ происходит преобразование химической реакции в электричество в процессе зарядки. Многие современные источники питания работают на жидких электролитах.

Для обеспечения питания автомобильной техники применяются два основных вида электролита:

щелочной;
кислотный.

Основным минусом таких батарей является необходимость систематического осмотра и добавления дистиллированной воды в банки. Применять следует только качественные материалы иначе источник питания может выйти из строя.

Важно! Использование в аккумуляторе обычной воды приводит к осыпанию пластин и выходу батареи из строя.

Электролит кислотный

Самым распространенным раствором, применяемым в автомобильных источниках, питания является кислотный. Такая специальная жидкость состоит из двух элементов:

дистиллированная вода;
кислота.

Для кислотных аккумуляторов есть одна особенность, их необходимо постоянно обслуживать, доливать кислоту или воду. Такие меры следует выполнять из-за испарения электролита в режиме эксплуатации, либо заряда.

Интересно знать! Плотность и уровень электролита являются основными показателями, за которыми необходимо постоянно следить.

Аккумуляторная кислота

В качестве кислотной составляющей применяется раствор на основе серы (серная кислота). Такое вещество является очень опасным и может привести к химическим ожогам при попадании на кожные покровы или слизистую.

Серная кислота представляет собой маслянистую жидкость без цвета. Она хорошо растворяется в воде, при этом может выделяться значительное количество тепла. При нормальной температуре и без посторонних примесей имеет плотность 1,830 г/см³. Однако примеси все же могут содержаться в составе раствора, в нем могут находиться мышьяка, марганец, хлор и железо.

Дистиллированная вода

В процессе приготовления электролита необходимо применять очищенную от примесей воду. Категорически запрещается использовать водопроводную и речную, это приведет к необратимым реакциям в источнике питания. Допускается добавлять в раствор конденсат, образующийся в котельных установках повышенной мощности.

Для промышленного изготовления дистиллированной воды применяют специальные электрические дистилляторы. Установка мощностью 4 кВт имеет производительность до пяти литров в час.

Совет! Перед применением воды после очистки необходимо проверить содержание посторонних примесей в ней.

Основные соотношения составляющих

Для приготовления электролита необходимой концентрации необходимо руководствоваться следующими рекомендациями при подборе пропорций вещества:

Для того, чтобы приготовить жидкость плотностью 1,4 г/см³необходимо соблюдать пропорции в таблице:

Изготовление раствора из кислоты плотностью 1,83 г/см³ рекомендуется по следующим пропорциям:

Существует еще один необходимый параметр, который следует учитывать это уменьшение количества изготовленного раствора кислоты и воды при понижении температуры. Для контроля за этим свойством создана таблица сокращения количества раствора:

Вязкость

В процессе эксплуатации аккумуляторной батареи в каждой банке протекают химические реакции. Скорость взаимодействия напрямую зависит от вязкости электролита. Данный параметр характеризует процессы диффузии при разряде и заряде батареи. При повышении вязкости снижаются скорости реакций в электролите, происходит уменьшение внутренней емкости аккумулятора. Пониженная температура пагубно влияет на показания этого параметра, поэтому при установке источника питания следует учитывать это условие.

Удельное сопротивление

При полезных свойствах проводимости электролит имеет и характеристику сопротивления. Она рассчитывается по формуле:

R= r*S/L,

где r — это внутренне удельное сопротивление источника питания;

S- это поперечное сечение проводника;

L- это длина проводника.

Значение удельного сопротивления обратно пропорционально показаниям температуры окружающей среды.

Для сохранения широкого диапазона рабочих температур повышают плотность электролита. В таблице указана температура замерзания электролита в аккумуляторе:

Внимание! В современные пусковые аккумуляторы заливают проводниковый раствор значением плотности 1,3 г/см³, это позволяет сохранить полезные свойства в суровых условиях эксплуатации, а также продлить срок годности.

Щелочной электролит

Состоит данный электролит из щелочной составляющей и дистиллированной воды. Щелочь представляет собой соединения на основе калия (КОН) или лития.

КОН- твердое вещество белого цвета, полностью растворяется в воде при этом выделяется тепло. Электролит для щелочных аккумуляторов изготавливают трех видов:

высший, с содержанием КОН до 96%;
категории А до 92%;
категория В до 88%.

Внимание! В процессе производства щелочного электролита необходимо соблюдать меры предосторожности, так как едкий калий является опасным веществом.

Рекомендуемая плотность для АКБ указывается в паспорте источника питания при изготовлении. Производители при нормальном режиме работы заливают электролит со значением 1,21 г/см³, в зимний период концентрация щелочи в нем прибавляется до значения 1,27 г/см³.

Плотность щелочного электролита указана в таблице:

Утилизация электролита

При выходе из строя источника питания необходимо заменить его на новый. Тогда возникает вопрос, а куда деть старый. В настоящее время существует большое число пунктов приема и утилизации отработавших аккумуляторов. Специальные станции переработки электролита нейтрализуют вредные вещества в нем, при этом оберегая окружающую среду от опасности загрязнения.

Изготовление электролита самостоятельно это трудоемкий и опасный процесс, поэтому целесообразнее будет приобрести готовый в магазине. Заводская жидкость, приготовленная с соблюдением всех технологий, значительно увеличит срок службы аккумулятора и убережет от опасного осыпания пластин внутри батареи.

Батареи с твердым электролитом

Компания Toyota Motor Corp объявила о планах вывести на рынок первый в мире аккумулятор с твердым электролитом уже в начале 2020-го года. Такое заявление сделал член правления и исполнительный вице-президент Toyota Дидье Леруа (Didier Leroy) на выставке Tokyo Motor Show 2017, которая состоялась в конце октября — начале ноября этого года.

Напомним, что аккумуляторы с твердым электролитом (all-solid battery или solid-state battery) отличаются от традиционных литий-ионных значительно более высокой плотностью энергии: около 300-800 кВт*ч/л. Это примерно в 3 раза выше, чем у тех, что применяются сейчас. Т.е. аккумуляторы с твердым электролитом лучше «держат заряд» и являются более энергоэффективными. Автомобильные компании нуждаются в таких аккумуляторах, чтобы многократно увеличить радиус использования электромобилей. Именно отсутствие аккумуляторов с повышенной плотностью энергии является главным сдерживающим фактором популярности электромобилей.

Однако плотность энергии не может быть улучшена только за счет использования твердого электролита. Также необходимо использовать материалы нового поколения для создания положительного и отрицательного электродов внутри аккумулятора. Одним из перспективных вариантов улучшения плотности энергии — примерно на 200% от уровня существующих устройств — считается «твердый» аккумулятор Li-S, который использует серу (S) как материал положительного электрода и металлический литий (или литиевый сплав) в качестве отрицательного электрода. В этом случае твердый электролит, скорее всего, будет сульфидным материалом.

Разработки такого типа аккумуляторов в настоящее время ведет Группа Samsung, которая планирует создать коммерческий «твердый» аккумулятор к 2025 году. Как видно, в Toyota планируют прийти к результату на 5 лет раньше. Оптимизм японских производителей можно понять, если принять во внимание, что внутри корпорации над созданием «твердого аккумулятора» уже работает целое исследовательское подразделение в составе 200 специалистов. И что именно Toyota принадлежит наибольшее количество патентов, связанных с появлением аккумулятора с твердым электролитом.

Основным недостатком «твердых» аккумуляторов типа Li-S считается их пожароопасность. Поэтому в Toyota рассматривают разные варианты аккумуляторов с твердым электролитом. Одним из возможных вариантов является использование в качестве твердого электролита оксидных материалов. Такие аккумуляторы безопасны, но имеют проблемы с энергоемкостью и плотностью энергии. Можно предполагать, что, если в Toyota рассчитывают запустить в производство «твердые» аккумуляторы уже через 2 года, то, видимо решение они уже нашли.

Источник: topclimat.ru

Что такое электролит для аккумуляторов и как его приготовить?

Электролит – одна из основных составляющих аккумуляторных батарей, которые дают возможность запуска автомобиля. Он бывает нескольких видов, различающихся по своему составу. Своевременный контроль за количеством и качеством электролита в аккумуляторе позволит избежать преждевременный выход аккумулятора из строя и сэкономить на покупке нового устройства.

Содержание статьи

Виды, состав и особенности

Кислотный

Представляет собой смесь серной кислоты, составляющей тридцать пять процентов всего состава, и дистиллированной воды, которая занимает оставшиеся шестьдесят пять. Данный состав в аккумуляторе находится в емкости со свинцовыми пластинами, при контакте этих элементов и происходит выработка тока.

Преимущества кислотного электролита:

Высокий уровень КПД
Слабая потеря заряда при бездействии
Выдача высокого стартового тока
Невысокая стоимость

Недостатки:

Чувствительность к перепадам температур
Неэкологичность
Необходимость регулярного контроля плотности состава

Обслуживаемые
Необслуживаемые

Щелочной

К достоинствам данного вида относятся:

Длительный период службы
Способность сохранять свойства при значительных перепадах температуры
Гораздо меньшее выделение вредных газов в атмосферу
Способность выдерживать встряски
Неприхотливость в обслуживании

Недостатки:

Меньшая величина электродвижущей силы по сравнению с кислотными
Отсутствие способности подачи стартового тока для запуска двигателя
Более высокая стоимость

Важно! Перед осуществлением замены следует убедиться, что аккумулятор именно щелочной. В противном случае АКБ можно полностью вывести из строя.

Корректирующий

В продаже можно встретить следующие виды корректирующего электролита:

Твердый калиево-литиевый
Жидкий калиево-литиевый с различной плотностью
Жидкий кислотный

Как пользоваться корректирующим электролитом:

Удалить из банок немного электролита
Долить в них такое же количество корректирующей жидкости
Установить АКБ на заряд номинальным током для запуска процесса смешивания полученного состава на полчаса
Оставить батарею на остывание на пару часов
Произвести замер плотности и при необходимости отрегулировать его снова

При повторной коррекции количество заменяемого электролита следует уменьшить.

Как приготовить самостоятельно

Перчатки
Фартук
Защитные очки
Раствор соды на случай попадания средства на кожу или предметы одежды
Уксус или лимонную кислоту – для нейтрализации щелочи

Для приготовления электролита необходимо заранее приготовить следующие предметы:

Посуду достаточной емкости, изготовленную из материала, устойчивого к воздействию кислоты и щелочи
Небольшую палочку для перемешивания электролита
Инструменты для проведения замеров плотности, температуры и уровня раствора
Для кислотного электролита – серную жидкость, для щелочного – щелочь в твердом или жидком виде, литий или силикагель

Важно! Все используемые материалы должны быть химически нейтральными для исключения возникновения ненужных реакций при их соприкосновении. В качестве емкости вполне подойдут обычные стеклянные банки.

Процесс приготовления щелочного электролита

1/5 – для получения раствора плотностью 1,17-1,19 г/м³
1/3 – для раствора плотностью 1,19-1,21 г/м³
1/2 — для раствора плотностью 1,25-1,27 г/м³

Процесс приготовления состоит из следующих шагов:

Налить в посуду дистиллированную воду
Добавить нужное количество щелочи
Перемешать раствор
Плотно закрыть крышкой
Настаивать в течение 6 часов

Приготовление раствора

для свинцовых аккумуляторов

Как разводить аккумуляторную кислоту:

Налить в подготовленную емкость дистиллированную воду
Аккуратно тонкой струйкой влить в нее кислоту
Измерить плотность полученного раствора
Оставить раствор настаиваться на 12 часов

Важно! Нельзя вливать воду в кислоту! Правильно — вливать кислоту в воду. Не следует торопиться, вливая кислоту, давайте возможность ей постепенно раствориться в воде.

Инструкция по замене

Замена электролита производится в следующих случаях:

Электролит в банках изменил цвет, стал мутным. Причиной тому может быть использование не дистиллированной воды для добавки, а обычно. Она может содержать примеси, вступающие в химическую реакцию с электролитом и образовывая твердые соединения, выпадающие в осадок
После зарядки аккумулятора невозможно добиться нужной плотности
Электролит вытек по неосторожности
Новый аккумулятор быстро разряжается. Причиной тому может быть замерзание раствора

Замена электролита, независимо от того, является он щелочным или кислотным, производится в несколько шагов:

Демонтаж аккумулятора из транспортного средства
Очистка АКБ от загрязнений
Выкачивание имеющейся жидкости с помощью груши или шприца
Промывка банок дистиллированной водой
Заливка электролита с помощью груши или аналогичных приспособлений

Уровень заливки определяется метками внутри банок. Если они отсутствуют, нужно руководствоваться правилом – электролит должен быть на уровне выше пластин на 5-7 миллиметров. При этом от его уровня до крышек банок должно оставаться не менее двух сантиметров.

Очень важно при сливе электролита не наклонять его в сторону и тем более не переворачивать. На дне сосудов могут оказаться твердые частицы, которые застрянут в пластинах, полностью выведя их из строя. Допускается легкое покачивание воды из стороны в сторону при промывании, такие же действия можно производить после заливки электролита в аккумулятор.

После этого АКБ устанавливается на зарядку, после чего следует проверить получившуюся плотность. Замеры должны производиться не арене, чем через пару часов после снятия устройства с зарядки, так как существует риск получить завышенные показания. Если плотность недостаточно высокая или, напротив, имеет излишние значения, ее следует отрегулировать добавлением кислоты, щелочи или дистиллированной воды.

Полезное видео

Видео инструкция о замене электролита

Заключение

Независимо от типа электролита, используемого в эксплуатируемой АКБ, можно самостоятельно произвести его полную замену, проверку плотности и других показателей. Однако стоит помнить о технике безопасности, так как электролит – опасный химический состав, способный значительно повредить кожные покровы и глаза.

Чего вы могли не знать о мото аккумуляторе?

Статей о выборе аккумулятора полно, но не везде даются ответы, на казалось бы, простые вопросы. Памятуя первую ступень становления себя как мотоциклиста, когда даже визуально не представлялось разницы между рядным двигателем и оппозитным (потому что даже понятия такого, как «строение двигателя» не было), а сами модели делились по принципу «маленький», «большой» и «очень большой», хочется посвятить статью разбору темы, которая возникает у новичков. Один из первых вопросов был не «как подключать аккумулятор», а «почему его нужно подключать именно так».

Почему рама обязательно минус? Зачем подключать сначала плюсовую клемму, а уже потом минусовую, но отключать наоборот?

Касаемо массы на минус, объяснение кроется в наблюдениях физиков и химиков. Рама мотоцикла является проводником, внезапно, движение электронов усиливает коррозию металла проводника. Так вот, если массу делать плюсом, то коррозия будет сильнее, чем при минусе. Из двух зол выбрали меньшее — оставили массу на минусе.

Отключается аккумулятор в обратном порядке по той причине, что если вы уже сняли плюс, принялись за снятие клеммы минуса, то касание металлическим предметом замкнет цепь. В результате получится или короткое замыкание, которое обязательно скажется на хитрой системе электрической цепи, или вы сами станете обладателем бесплатной химической завивки волос и бодрящего тонуса в пятках.

Второй порцией вопросов, которые не давали спокойно спать на рассвете мотожизни, стали:

Почему в кислотный аккумулятор нужно подливать воду?
И почему нужно лить электролит в воду, а не воду в электролит? Какая разница, если все равно должен быть единый раствор?

Работа кислотных аккумуляторов – прежде всего химическая реакция. Именно здесь зарыта собака и спотыкаются невнимательные слушатели.

Изначально такой аккумулятор представляет собой ряды свинцовых пластин, погруженных в специальный состав – электролит. Он же раствор серной кислоты ВНУТРИ дистиллированной воды. В момент заряда аккумулятора, электрическая энергия переходит в химическую из-за реакции свинцовых пластин с электролитом.

А дальше самое вкусное. Вода под действием тока разлагается на составные элементы. Помните да, когда-то записывали в школе про Н20 и тому подобные скучные закорючки? Представьте себе внутри коробочки аккумулятора свинцовые пластины, связанные с минусовым полем. Так вот водород из воды раствора начинает реагировать с окисью свинца, путем химических процессов образуется серная кислота. Да, та самая, которую так любят преступники и юные химики. Отсюда столько предостережений в работе с самим электролитом.

В общем, вследствие реакции водорода с пластиной, количество воды уменьшается, но ее место занимает серная кислота. Электролит густеет. Его плотность прямой показатель заряженности аккумулятора. Чем гуще электролит, тем лучше чувствует себя аккумулятор, в жидком электролите достаточного заряда не сыскать.

— Что же делает кислород, пока водород набрасывается на свинец отрицательного поля?

А кислород тоже времени даром не теряет и атакует положительно заряженные свинцовые пластины. Таким образом, аккумулятор становится источником тока.

В процессе разрядки аккумулятора происходит обратный процесс, водород и кислород снова образуются в воду, но как не крути, часть вещества оседает на свинцовых пластинах, отсюда на выходе имеем меньшее количество воды, чем изначально. Но и это еще не все.

Мы заливаем кислоту В(!) дистиллированную воду, но никак не наоборот! Кислота, как мы помним, та еще проказа, если лить воду в раствор серной кислоты, химическая реакция не заставит себя ждать. Выделяется большое количество тепла, сама жидкость начнет разбрызгиваться, а там и до ожогов не далеко. Поэтому сначала вода — потом электролит.

К слову, если вам повезло словить капли электролита на кожу или одежду, срочно смочите это место раствором соды или нашатырным спиртом. Кроме того, при приготовлении смеси аккумулятора выделяются пары, естественно, ядовитые.

Будьте внимательны!

С гелиевыми аккумуляторами таких проблем не бывает. Электролит в них уже находится в густом виде и домашних экспериментов не требует.

Синтез, характеристика и применение негорючей дикатионной ионной жидкости в литиево-ионной батарее в качестве добавки к электролиту

Xu, K. Неводные жидкие электролиты для литиевых аккумуляторных батарей. Chemical Reviews 104 , 4303–4418, https://doi.org/10.1021/cr030203g (2004).

CAS Статья PubMed Google ученый

Armand, M. & Tarascon, J.-M. Строим батареи лучше. природа 451 , 652 (2008).

ADS CAS PubMed Статья Google ученый

Park, J.-K. Принципы и применение литиевых аккумуляторных батарей . (John Wiley & Sons, 2012).

Glaize, C. & Genies, S. Литиевые батареи и другие электрохимические системы хранения . (Джон Вили и сыновья, 2013).

Guerfi, A. et al. . Улучшенные электролиты для литий-ионных аккумуляторов: смесь ионной жидкости и органического электролита с повышенной безопасностью и электрохимическими характеристиками. Журнал источников энергии 195 , 845–852 (2010).

ADS CAS Статья Google ученый

Lux, S. et al. . Механизм образования HF в органических карбонатных электролитах на основе LiPF6. Electrochemistry Communications 14 , 47–50 (2012).

CAS Статья Google ученый

Вагнер, Р., Прещичек, Н., Пассерини, С., Лекер, Дж. И Винтер, М. Текущие тенденции и перспективы исследований различных материалов и конструкций, используемых в литиевых батареях. Журнал прикладной электрохимии 43 , 481–496 (2013).

CAS Статья Google ученый

Шмитц, Р. В. и др. . Исследования новых электролитов, растворителей и добавок SEI для использования в литий-ионных батареях: систематическая электрохимическая характеристика и подробный анализ спектроскопическими методами. Успехи химии твердого тела 42 , 65–84 (2014).

CAS Статья Google ученый

Скросати Б., Абрахам К., ван Шалквейк В. А. и Хассун Дж. Литиевые батареи: передовые технологии и приложения .Vol. 58 (John Wiley & Sons, 2013).

10.

Zhang, S. S. Обзор электролитных добавок для литий-ионных аккумуляторов. Журнал источников энергии 162 , 1379–1394 (2006).

ADS CAS Статья Google ученый

11.

Арбицани К., Габриэлли Г. и Мастрагостино М. Термическая стабильность и воспламеняемость электролитов для литий-ионных аккумуляторов. Журнал источников энергии 196 , 4801–4805 (2011).

ADS CAS Статья Google ученый

12.

Хан, Й.-К., Ю, Дж. И Йим, Т. Почему трис (триметилсилил) фосфит эффективен в качестве добавки для высоковольтных литий-ионных батарей? Журнал химии материалов A 3 , 10900–10909 (2015).

CAS Статья Google ученый

13.

Канг К.С. и др. .Влияние добавок на электрохимические характеристики оксида лития, никеля, кобальта, марганца при высоких температурах. Журнал источников энергии 253 , 48–54 (2014).

ADS CAS Статья Google ученый

14.

Srour, H. et al. . Ионные жидкие электролиты для литий-ионных аккумуляторов: обзор характеристик различных электродных систем. Журнал прикладной электрохимии 46 , 149–155 (2016).

CAS Статья Google ученый

15.

Haregewoin, A. M., Wotango, A. S. & Hwang, B.-J. Электролитические добавки для электродов литий-ионных аккумуляторов: успехи и перспективы. Энергетика и экология 9 , 1955–1988 (2016).

CAS Статья Google ученый

16.

Балакришнан П., Рамеш Р. и Кумар Т.P. Защитные механизмы в литий-ионных аккумуляторах. Журнал источников энергии 155 , 401–414 (2006).

ADS CAS Статья Google ученый

17.

Даути, Д. Х. и Рот, Э. П. Общее обсуждение безопасности литий-ионных аккумуляторов. Интерфейс электрохимического общества 21 , 37–44 (2012).

CAS Google ученый

18.

Рот, Э. П. и Орендорф, К. Дж. Как электролиты влияют на безопасность аккумуляторной батареи. Интерфейс электрохимического общества 21 , 45–49 (2012).

CAS Статья Google ученый

19.

Калхофф Дж., Эшету Г. Г., Брессер Д. и Пассерини С. Более безопасные электролиты для литий-ионных батарей: современное состояние и перспективы. ChemSusChem 8 , 2154–2175 (2015).

CAS PubMed Статья Google ученый

20.

Чжан, Х. и др. . Последние достижения в области передовых электродных материалов, сепараторов и электролитов для литиевых батарей. Журнал химии материалов A 6 , 20564–20620 (2018).

CAS Статья Google ученый

21.

Chen, S., Wen, K., Fan, J., Bando, Y. & Golberg, D. Прогресс и перспективы использования высоковольтных и высокобезопасных электролитов в современных литиевых батареях: из жидкости к твердым электролитам. Журнал химии материалов A 6 , 11631–11663 (2018).

CAS Статья Google ученый

22.

Ye, Y.-S., Rick, J. & Hwang, B.-J. Ионные жидкие полимерные электролиты. Журнал химии материалов A 1 , 2719–2743 (2013).

CAS Статья Google ученый

23.

Ким, Х.-Т. и др. .Ионная жидкость на основе пирролиния как антипирен для бинарных электролитов литий-ионных аккумуляторов. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 4 , 497–505 (2015).

Артикул CAS Google ученый

24.

Мун, Дж. и др. . Возможность использования ионного жидкого растворителя на основе пирролидиния для неграфитовых углеродных электродов. Electrochemistry Communications 13 , 1256–1259 (2011).

CAS Статья Google ученый

25.

Д’Анджело, А. Дж. И Панцер, М. Дж. Разработка эластичных и самовосстанавливающихся гелевых электролитов с использованием полностью цвиттерионных полимерных сетей в сольватно-ионных жидкостях для литиевых батарей. Химия материалов 31 , 2913–2922 (2019).

Артикул CAS Google ученый

26.

Ким, Г.-Т. и др. . Разработка прототипов литиевых батарей на основе ионной жидкости. Журнал источников энергии 199 , 239–246 (2012).

CAS Статья Google ученый

27.

Garcia, B., Lavallée, S., Perron, G., Michot, C. & Armand, M. Расплавленные соли при комнатной температуре в качестве электролита литиевой батареи. Electrochimica Acta 49 , 4583–4588 (2004).

CAS Статья Google ученый

28.

Сакаэбе, Х. и Мацумото, Х. N-Метил-N-пропилпиперидин бис (трифторметансульфонил) имид (PP13 – TFSI) — новая электролитная основа для литиевой батареи. Electrochemistry Communications 5 , 594–598 (2003).

CAS Статья Google ученый

29.

Де Соуза, Р. Ф., Падилья, Дж. К., Гонсалвес, Р. С. и Дюпон, Дж. Топливные элементы на основе диалкилимидазолиевой жидкости на основе ионной жидкости при комнатной температуре. Electrochemistry Communications 5 , 728–731 (2003).

Артикул CAS Google ученый

30.

Kunze, M. et al . Смеси ионных жидкостей для низкотемпературных электролитов. Electrochimica Acta 82 , 69–74 (2012).

CAS Статья Google ученый

31.

Куриг, Х., Вестли, М., Тонурист, К., Янес, А. и Люст, Э. Влияние химического состава ионно-жидких анионов при комнатной температуре и делокализации электрического заряда на свойства суперконденсатора. Журнал Электрохимического общества 159 , A944 – A951 (2012).

CAS Статья Google ученый

32.

Lei, Z. et al . Суперконденсатор с высокой плотностью энергии с графеном CMK-5 в качестве электрода и ионной жидкостью в качестве электролита. Журнал химии материалов A 1 , 2313–2321 (2013).

CAS Статья Google ученый

33.

Велтон Т. Ионные жидкости при комнатной температуре. Растворители для синтеза и катализа. Химические обзоры 99 , 2071–2084 (1999).

CAS PubMed Статья Google ученый

34.

Дюпон, Дж., Де Соуза, Р. Ф. и Суарес, П. А. Металлоорганический катализ в ионной жидкой (расплавленной соли) фазе. Химические обзоры 102 , 3667–3692 (2002).

CAS PubMed Статья Google ученый

35.

Йим, Т., Квон, М.С., Мун, Дж. И Ли, К.Т. Электролиты на основе ионной жидкости при комнатной температуре в качестве альтернативы электролитам на основе карбонатов. Израильский химический журнал 55 , 586–598 (2015).

CAS Статья Google ученый

36.

Соави, Ф., Монако, С. и Мастрагостино, М. Катод из пористого углерода и ионная жидкость без катализаторов для высокоэффективных перезаряжаемых литий-кислородных батарей. Журнал источников энергии 224 , 115–119 (2013).

CAS Статья Google ученый

37.

Бест А., Бхатт А. и Холленкамп А. Ионные жидкости с анионом бис (фторсульфонил) имида: электрохимические свойства и применение в аккумуляторной технологии. Журнал Электрохимического общества 157 , A903 – A911 (2010).

CAS Статья Google ученый

38.

Левандовски, А.& Widerska-Mocek, A. Ионные жидкости как электролиты для литий-ионных аккумуляторов — обзор электрохимических исследований. Журнал источников энергии 194 , 601–609 (2009).

ADS CAS Статья Google ученый

39.

Сато Т., Маруо Т., Марукан С. и Такаги К. Ионные жидкости, содержащие карбонатный растворитель в качестве электролитов для литий-ионных элементов. Журнал источников энергии 138 , 253–261 (2004).

ADS CAS Статья Google ученый

40.

Чжэн, Х., Цзян, К., Абэ, Т. и Огуми, З. Электрохимическая интеркаляция лития в анод из природного графита в ионных жидких электролитах на основе четвертичного аммония. Углерод 44 , 203–210 (2006).

CAS Статья Google ученый

41.

Плечкова Н.В., Седдон К.R. Применение ионных жидкостей в химической промышленности. Обзоры химического общества 37 , 123–150 (2008).

CAS PubMed Статья Google ученый

42.

Роджерс Р., Плечкова Н. и Седдон К. В ACS Symposium Series .

43.

Sun, H., Zhang, D., Liu, C. & Zhang, C. Геометрические и электронные структуры дикатона и ионной пары в геминальной дикатионной ионной жидкости 1,3-бис [3-метилимидазолий -ил] пропана бромид. Журнал молекулярной структуры: ТЕОХИМА 900 , 37–43 (2009).

ADS CAS Статья Google ученый

44.

Масри А., Муталиб М. А. и Левек Дж. Обзор дикатионных ионных жидкостей: классификация и применение. Ind. Eng. Управлять. 5 , 1–7 (2016).

Google ученый

45.

Zhang, Z. et al .Асимметричные дикатионные ионные жидкости на основе имидазолия и алифатического аммония в качестве потенциальных добавок к электролиту, применяемые к литиевым вторичным батареям. Electrochimica Acta 53 , 4833–4838 (2008).

CAS Статья Google ученый

46.

Широта Х., Мандаи Т., Фуказава Х. и Като Т. Сравнение дикатионных и монокатионных ионных жидкостей: плотность жидкости, тепловые свойства, поверхностное натяжение и сдвиговая вязкость. Journal of Chemical & Engineering Data 56 , 2453–2459 (2011).

CAS Статья Google ученый

47.

Ding, Y.-S., Zha, M., Zhang, J. & Wang, S.-S. Синтез, характеристика и свойства геминальных имидазолиевых ионных жидкостей. Коллоиды и поверхности A: физико-химические и технические аспекты 298 , 201–205 (2007).

CAS Статья Google ученый

48.

Хан, А.С. и др. . Дикатионные ионные жидкости на основе имидазолия: синтез и свойства. Журнал молекулярных жидкостей 227 , 98–105 (2017).

CAS Статья Google ученый

49.

Талеби М., Патил Р. А. и Армстронг Д. У. Физико-химические свойства дикатионных ионных жидкостей с разветвленной цепью. Журнал молекулярных жидкостей 256 , 247–255, https: // doi.org / 10.1016 / j.molliq.2018.02.016 (2018).

CAS Статья Google ученый

50.

Tarascon, J. & Guyomard, D. Новые составы электролитов, стабильные в диапазоне напряжений от 0 до 5 В и совместимые с литий-ионными элементами Li1 + xMn2O4 / углерода. Ионика твердого тела 69 , 293–305 (1994).

CAS Статья Google ученый

51.

Шлюп, С.Э., Керр, Дж. Б. и Киношита, К. Роль реакционной способности электролита литий-ионного аккумулятора в снижении производительности и саморазрядке. Журнал источников питания 119 , 330–337 (2003).

ADS Статья CAS Google ученый

52.

Han, H.-B. и др. . Бис (фторсульфонил) имид лития (LiFSI) как проводящая соль для неводных жидких электролитов литий-ионных аккумуляторов: физико-химические и электрохимические свойства. Журнал источников энергии 196 , 3623–3632 (2011).

ADS CAS Статья Google ученый

53.

Галински М., Левандовски А. и Степняк И. Ионные жидкости как электролиты. Electrochimica acta 51 , 5567–5580 (2006).

Артикул CAS Google ученый

54.

Madria, N. et al .Ионные жидкие электролиты для литиевых батарей: исследования синтеза, электрохимии и цитотоксичности. Журнал источников питания 234 , 277–284 (2013).

CAS Статья Google ученый

55.

Дахби, М., Гамусс, Ф., Тран-Ван, Ф., Лемордант, Д. и Анути, М. Сравнительное исследование электролитов EC / DMC LiTFSI и LiPF6 для электрохимического хранения. Журнал источников энергии 196 , 9743–9750, https: // doi.org / 10.1016 / j.jpowsour.2011.07.071 (2011).

ADS CAS Статья Google ученый

56.

Вассершайд П. и Велтон Т. Ионные жидкости в синтезе . (Джон Вили и сыновья, 2008 г.).

57.

Peljo, P. & Girault, H.H. Окно электрохимического потенциала аккумуляторных электролитов: заблуждение HOMO – LUMO. Энергетика и экология 11 , 2306–2309 (2018).

CAS Статья Google ученый

58.

Бард А. Дж. И Фолкнер Л. Р. Основы и приложения. Электрохимические методы 2 , 482 (2001).

Google ученый

59.

Bonhote, P., Dias, A.-P., Papageorgiou, N., Kalyanasundaram, K. & Grätzel, M. Гидрофобные расплавленные соли с высокой проводимостью при температуре окружающей среды. Inorg Chem 35 , 1168–1178 (1996).

CAS PubMed Статья Google ученый

60.

МакИвен, А. Б., Нго, Х. Л., ЛеКомпте, К. и Гольдман, Дж. Л. Электрохимические свойства электролитов на основе солей имидазолия для электрохимических конденсаторов. Журнал электрохимического общества 146 , 1687–1695 (1999).

ADS CAS Статья Google ученый

61.

МакФарлейн, Д., Микин, П., Сан, Дж., Амини, Н. и Форсайт, М. Имиды пирролидиния: новое семейство расплавленных солей и проводящих пластических кристаллических фаз. Журнал физической химии B 103 , 4164–4170 (1999).

CAS Статья Google ученый

62.

Plylahan, N., Kerner, M., Lim, D.-H., Matic, A. & Johansson, P. Ионная жидкость и гибридные ионно-жидкие / органические электролиты для применения в высокотемпературных литий-ионных аккумуляторах . Electrochimica Acta 216 , 24–34 (2016).

CAS Статья Google ученый

63.

Xiong, S. et al. . Роль добавки органического растворителя в ионные жидкие электролиты для литий-серных аккумуляторов. RSC Advances 5 , 2122–2128 (2015).

CAS Статья Google ученый

64.

Фриш, М.J. T. и др. . «Gaussian 09W, Gaussian, Inc.», Валлингфорд, Коннектикут: 2009 (2009).

65.

Жан, К.-Г., Николс, Дж. А. и Диксон, Д. А. Потенциал ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, твердость и энергия электронного возбуждения: свойства молекул на основе орбитальных энергий теории функционала плотности. Журнал физической химии A 107 , 4184–4195 (2003).

ADS CAS Статья Google ученый

66.

Han, S., Zhang, H., Fan, C., Fan, W. & Yu, L. 1,4-дицианобутан как пленкообразующая добавка для высоковольтных литий-ионных аккумуляторов. Ионика твердого тела 337 , 63–69 (2019).

CAS Статья Google ученый

67.

Zhang, Z. et al . Фторированные электролиты для литий-ионных аккумуляторов 5 В. Энергетика и экология 6 , 1806–1810 (2013).

CAS Статья Google ученый

68.

Дедривере, Р. и др. . Реакционная способность границы раздела электрод / электролит в высоковольтной шпинели LiMn1. 6Ni0. Литий-ионный аккумулятор 4O4 / Li4Ti5O12. Журнал физической химии C 114 , 10999–11008 (2010).

CAS Статья Google ученый

69.

Pham, H.Q. et al. .Повышение производительности 4,8 В Li1. 2Mn0. 525Ni0. 175Co0. Катод батареи 1O2 с использованием фторированного линейного карбоната в качестве высоковольтной добавки. Журнал Электрохимического общества 161 , A2002 – A2011 (2014).

CAS Статья Google ученый

70.

Леви М. и др. . Твердотельная электрохимическая кинетика интеркаляции Li-Ion в Li1− x CoO2: одновременное применение электроаналитических методов SSCV, PITT и EIS. Журнал Электрохимического общества 146 , 1279–1289 (1999).

ADS CAS Статья Google ученый

71.

Mun, J. et al. . Электрохимическая пассивация поверхности LiCoO 2 с помощью аллилового ионного жидкого электролита для современных, безопасных литий-ионных аккумуляторов. Научные отчеты 4 , 5802 (2014).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

72.

Нара, Х., Мукояма, Д., Симидзу, Р., Момма, Т., Осака, Т. Систематический анализ межфазного сопротивления между катодным слоем и токоприемником в литий-ионных аккумуляторах с помощью спектроскопии электрохимического импеданса. Журнал источников энергии 409 , 139–147 (2019).

ADS CAS Статья Google ученый

73.

Gaussian 16 Rev. C.01 (Уоллингфорд, Коннектикут, 2016).

74.

Беркманс, Г. и др. . Прогноз стоимости современных литий-ионных аккумуляторов для электромобилей до 2030 года. Energies 10 , 1314 (2017).

Артикул Google ученый

75.

Zhang, Y. et al. . Катодные материалы высокой энергии для литий-ионных аккумуляторов: обзор последних разработок. Наука Китай Технологические науки 58 , 1809–1828 (2015).

ADS CAS Статья Google ученый

76.

Линь, К., Тан, А., Му, Х., Ван, В. и Ван, К. Механизмы старения электродных материалов в литий-ионных батареях для электромобилей. Химический журнал 2015 (2015).

77.

Эбнер М., Чанг Д. В., Гарсия Р. Э. и Вуд В. Анизотропия извилистости в электродах литий-ионных аккумуляторов. Advanced Energy Materials 4 , 1301278 (2014).

Артикул CAS Google ученый

Аккумуляторный электролит представляет собой смесь воды и — введение, раствор и соотношение_Greenway аккумулятор

Аккумулятор вашего автомобиля не всегда может быть заправлен необходимым количеством электролита, который необходим для его правильного функционирования.Поэтому в некоторых случаях может потребоваться добавить электролит в аккумулятор вашего автомобиля. Это может показаться легкой задачей, но на самом деле это не так просто, потому что это довольно сложный предмет.

? Итак, если в вашем автомобильном аккумуляторе заканчивается электролит, и у вас мало информации о том, что такое электролит или каково соотношение кислоты и воды в аккумуляторе, то вы попали на соответствующий веб-сайт, потому что мы ‘ Мы предоставили вам ответы на все ваши вопросы, касающиеся электролита аккумулятора.

? Тогда давайте начнем и разберемся в теме «Аккумуляторный электролит представляет собой смесь воды и — введение, раствор и соотношение»!

Из чего сделан аккумуляторный электролит? Если вы не знаете, из чего сделан электролит, мы здесь, чтобы дать ответ! Большинство обычных батарей состоят из жидкости, известной как электролит. Этот электролит в батарее представляет собой смесь серной кислоты и воды. Пластины свинцово-кислотных аккумуляторов содержат активный материал, который всегда должен быть погружен в электролит, в то время как водород и газообразный кислород выделяются во время зарядки.Пока аккумулятор заряжается, плотность раствора электролита будет увеличиваться.

Электролиты в батарее служат катализатором, чтобы сделать батарею проводящей, инициируя движение ионов от катода к аноду при зарядке и наоборот при разряде. В зависимости от того, в какой степени электролит аккумулятора может выделять ионы, электролит может быть сильным или слабым. Сильные электролиты — это соединения, которые отлично ионизируют и проводят мощный электрический ток.С другой стороны, слабые электролиты — это соединения, которые ионизируются в минимальной и небольшой степени и проводят небольшой электрический ток.

Теперь, если мы говорим о составе электролитов, то вам важно отметить, что разные батареи используют разные химические соединения в качестве электролита. Некоторые из обычно используемых соединений включают хлорид натрия, серную кислоту, азотную кислоту, хлорную кислоту, ацетат натрия и т. Д. Таким образом, в зависимости от типа или марки батареи, состав электролита батареи будет меняться от одной батареи к другой.Но в большинстве случаев электролиты в свинцово-кислотных аккумуляторах состоят из серной кислоты и воды.

Что такое раствор электролита для аккумуляторов? Как вы прочитали выше, из чего состоит электролит, теперь давайте разберемся, что такое раствор электролита для аккумуляторов?

Каждая батарея состоит из катода, анода и электролита. Анод и катоды — это электроды, которые полностью погружены в раствор электролита и соединены снаружи посредством проводящего провода.Когда анод и катод растворяются в растворителе, раствор электролита выделяет ионы. Разряженные электролитом ионы реагируют с анодом, высвобождая один или несколько электронов.

Проще говоря, мы можем сказать, что электролит — это среда, которая предлагает механизм переноса ионов между катодом и анодом ячейки. Электролит часто рассматривается как жидкая смесь воды и других растворителей с растворенными кислотами, солями или щелочами, которые необходимы для ионной проводимости.Электролит допускает движение только ионов. В качестве аккумуляторного электролита обычно используются материалы с высокой ионной проводимостью, так что ионы лития могут легко перемещаться вперед и назад. Полное движение ионов лития обычно зависит от типа электролита; поэтому всегда следует использовать электролит, отвечающий строгим требованиям.

Каково соотношение серной кислоты и воды в батарее? Когда дело доходит до электролита в батарее, большинство людей обычно не понимают, какое соотношение кислоты и воды в батарее! Если вы один из тех, кто запутался в одном и том же, то вам больше не нужно запутываться, потому что у нас есть для вас ответ!

Когда мы говорим об электролите, мы обычно говорим о растворе серной кислоты и воды.Этот раствор серной кислоты и воды заполняет элементы свинцово-кислотных аккумуляторов, а синергия между свинцовыми пластинами и электролитом позволяет аккумулятору вашего автомобиля накапливать и выделять энергию.

Итак, всякий раз, когда в аккумуляторе вашего автомобиля заканчивается электролит, может потребоваться добавить в него дополнительный электролит. Но для этого вы должны быть уверены в процентном соотношении кислоты к воде в батарее! Каждый раз, когда вы ищете ответ на этот вопрос в Интернете, вы можете не найти подходящих результатов ни на одном из веб-сайтов, но у нас есть соответствующий ответ на ваш запрос.?

Кислота, присутствующая в аккумуляторной батарее вашего автомобиля, обычно представляет собой серную кислоту, которая обычно разбавляется водой до уровня концентрации 37%. Этот уровень концентрации аккумулятора вашего автомобиля обычно варьируется от одного аккумулятора к другому, в зависимости от марки. Идеальное соотношение кислоты и воды в аккумуляторе составляет 30,1 см3 кислоты: 100 см3 дистиллированной воды. Если это соотношение кислоты и воды не поддерживается должным образом, весь механизм электрохимии в аккумуляторе может быть изменен.

Итог Здесь вы подошли к сути статьи «Аккумуляторный электролит представляет собой смесь воды и — введение, раствор и соотношение»! Мы надеемся, что у вас есть точное представление о том, что такое электролит, из чего он состоит, процентное соотношение кислоты к воде в электролите и многое другое. Вся приведенная выше информация верна, поэтому вы можете быть уверены в ее достоверности. Всегда помните, что электролит аккумулятора часто называют аккумуляторной кислотой, потому что он очень кислый по своей природе.Так что, если в следующий раз вы столкнетесь с чем-то связанным с электролитом аккумулятора, эта информативная статья обязательно поможет вам в этом!

литий-ионный аккумулятор аккумулятор для электровелосипеда литиевая батарея

Количество свободного жидкого электролита в коммерческих крупноформатных призматических литий-ионных аккумуляторных элементах

В таблице II приведены результаты измерений количества свободного жидкого электролита в исследуемых литий-ионных аккумуляторных элементах. Как видно из таблицы II, элементы типа 1 и 2 содержат заметные количества свободного жидкого электролита, при этом среднее общее количество достигает ок.32 и ок. 36 г (около 30 и 35 мл) соответственно. В нашем предыдущем исследовании было обнаружено, что элементы от тех же производителей, но с меньшей номинальной емкостью (40 Ач вместо 60 Ач) содержат ок. 19–30 г (примерно 20–30 мл) свободного жидкого электролита (с одной ячейкой, содержащей более 70 г (50 мл) свободного электролита), ⁸, предполагая, что количество свободного жидкого электролита в ячейках Типы 1 и 2 увеличиваются с увеличением емкости ячейки. Большой разброс в количестве свободного электролита наблюдается для ячеек как типа 1, так и типа 2, при этом разница между самым низким и самым высоким количествами достигает прибл.16 г (или 40–50%) (см. Таблицу II).

Таблица II. Количество свободного жидкого электролита в различных элементах.

Номер типа ячейки	Формат ячейки	Номинальная емкость, Ач	Количество свободного жидкого электролита, г (мл)
*Свежие клетки*
			Бурение	Раскрытие	Всего	Среднее значение ± стандартное отклонение
1	Призматический пластиковый корпус	60	11.0 (10) 30,3 (30) 29,0 (25)	13,9 (<15) 11,0 (10) 0 (0)	24,9 (<25) 41,3 (40) 29,0 (25)	31,7 ± 8,5 (около 30)
2	Призматический пластиковый корпус	60	7,9 (<10) 6,3 0	36,1 (30) 28,4 28,6	44,0 (40) 34,7 (25) 28,6 (25)	35,8 ± 7,8 (ок. 35)
3	Призматический металлический корпус	38	2,7 (<5) 4,0 (<5) 4.2 (около 5)	0 0 н.д. ^*	2,7 (<5) 4,0 (<5) 4,2 (примерно 5)	3,6 ± 0,8 (<5)
4	Призматический металлический корпус	63	0 0 0	0 н.д. нет данных	0 0 0	0
5	Подсумок	39	0 0 0	0 0 0	0 0 0	0
6	Подсумок	40	19.0 (от 15 до 20) 18,4 (от 15 до 20) 17,8 (от 15 до 20)	0 0 0	19,0 (от 15 до 20) 18,4 (от 15 до 20) 17,8 (от 15 до 20)	18,4 ± 0,6 (от 15 до 20)
*Старые элементы*
7	Призматический пластиковый корпус	40	15,4 (≤15)	8,3 (≤10)	23,7 (≤25)
3 возраста	Призматический металлический корпус	38	0 0 0.8 (<< 5) 0	0 н.д. нет данных нет данных	0 0 0,8 (<< 5) 0

^* Элементы не были полностью открыты, поскольку предыдущий опыт показал, что дополнительного электролита ожидать не приходится.

Было обнаружено, что элементы типа 3 содержат значительно меньшее количество свободного электролита, в среднем ок. 4 г (<5 мл), количество воспроизводимо в 3 различных экспериментах (см. Таблицу II). В элементах типа 4 не было обнаружено свободного жидкого электролита, хотя визуально наблюдалось полное смачивание электролитом всех компонентов ячеек, таких как электроды, сепаратор и внутренняя пластиковая набивка в виде роликового желе.То же самое было обнаружено в пакетных ячейках Типа 5 - в ячейках не было свободного жидкого электролита, в то время как все компоненты ячейки были полностью смочены электролитом. Напротив, значительное количество свободного жидкого электролита, ок. 18 г (от 15 до 20 мл) в среднем воспроизводимо было обнаружено в мешочных клетках типа 6.

Наличие воспроизводимого количества свободного жидкого электролита в свежих элементах определенных типов (например, типов 3 и 6) указывает на то, что избыток электролита, вероятно, был помещен в элементы намеренно, как часть хорошо контролируемого производственного процесса.В описании процесса производства литий-ионных элементов, ⁹, говорится, что хорошо контролируемое количество «… электролита добавляется в элемент с помощью точного насоса … Прецизионные насосы измеряют точное количество электролита. необходим для хорошей работы ячейки ». Добавление некоторого (небольшого) избытка электролита может потребоваться во время изготовления элемента, поскольку известно, что электролит частично расходуется как во время формирования элемента ^2,9,10, так и во время работы элемента, ¹⁰ при слишком большом избытке электролита Излишне увеличит вес и стоимость ячейки.

Напротив, большой разброс количества свободного жидкого электролита, обнаруженный для элементов типа 1 и 2, свидетельствует о том, что стадия заполнения электролитом производственного процесса этих элементов не контролируется должным образом. Это также может быть причиной большего среднего количества свободного жидкого электролита, обнаруженного в этих элементах.

Никакой тенденции в отношении корпуса элемента не наблюдалось: было обнаружено, что свежие ячейки типа 6 содержат свободный жидкий электролит, а ячейки типа 5 не содержат; такая же ситуация была обнаружена для свежих элементов с металлическим корпусом (элементы типа 3 содержали некоторое количество свободного жидкого электролита, а элементы типа 4 не содержали его).

Количество электролита, извлеченного через просверленные отверстия из ячеек с пластиковым кожухом, варьировалось в разных экспериментах (см. Таблицу II). Вероятно, это связано со значительным образованием заусенцев на внутренней части пластикового корпуса во время бурения, которые впоследствии могут препятствовать потоку жидкого электролита через отверстие (см. Рисунок 7). Этот эффект не наблюдался для ячеек с металлическим или карманным корпусом.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 7. Заусенец, образовавшийся на внутренней стороне пластмассового кожуха ячейки при просверливании отверстия диаметром 3 мм.

Никаких тенденций в отношении химического состава ячеек не наблюдалось (по крайней мере, на уровне детализации, известном авторам о химическом составе анодных и катодных компонентов исследуемых ячеек).

Было обнаружено, что один из четырех состаренных ячеек 3-го типа содержит небольшое количество свободного жидкого электролита, приблизительно. 0,8 г (<< 5 мл) (см. Таблицу II). Это количество примерно в 4 раза ниже, чем в свежих клетках того же типа (сравните старые клетки типа 3 и 3, таблица II).Остальные три ячейки не содержали свободного жидкого электролита, но все компоненты ячейки были смочены электролитом. Было обнаружено, что клетки типа 7 содержат ок. 24 г (<25 мл) свободного жидкого электролита после 3 лет календарного старения при комнатной температуре в разряженном состоянии.

Эти результаты согласуются с предыдущими наблюдениями постепенного расхода электролита во время работы и циклического старения литий-ионных элементов, ^10–12, которое, как показано, происходит в основном из-за уменьшения количества электролита на аноде, способствующего росту межфазного твердого электролита (SEI) ^10,12,13 и ссылки в нем.Также сообщается о формировании защитной пленки на катоде, но ожидается, что она будет играть менее значительную роль в расходе электролита по сравнению с SEI при нормальных рабочих условиях ^12,13 и ссылки в нем. Обсуждение механизма образования SEI и его динамики при работе от аккумулятора, а также других возможных путей потребления электролита выходит за рамки данной работы; тем не менее, по этой теме доступен ряд отличных обзорных публикаций.^13–16

Наши результаты показывают, что потребление электролита происходит с неодинаковой скоростью в разных элементах внутри блока, даже если элементы установлены в одинаковых местах в одном блоке. Наши результаты также демонстрируют, что некоторые литий-ионные элементы в блоке тяговых аккумуляторных батарей могут по-прежнему содержать свободный жидкий электролит в конце срока их службы в аккумуляторном блоке электромобиля, хотя и в значительно меньшем количестве по сравнению со свежими элементами того же типа.

Как показано в Таблице I, информация о составе электролита не всегда предоставляется производителями аккумуляторных элементов.Фактически, качественная информация об основных компонентах электролита была представлена только в паспорте безопасности материалов для элементов типа 1, типа 2, типа 4 и типа 7, что указывает на то, что эти электролиты основаны на карбонате и в зависимости от типа элемента содержат диметиловый эфир. карбонат (DMC), диэтилкарбонат (DEC), этилметилкарбонат (EMC), этиленкарбонат (EC) и этилацетат (EA) в качестве основных растворителей и LiPF ₆ в качестве соли.

FTIR-спектры жидких электролитов, извлеченных из ячеек Типа 3 и Типа 6, показаны на Рисунке 8.Эти два спектра выглядят качественно похожими, что свидетельствует о схожем составе электролитов в этих двух типах ячеек. Однако наблюдаемое соотношение пиков отличается, что указывает на то, что относительное соотношение компонентов может быть различным для двух электролитов.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 8. Спектры FTIR свободных жидких электролитов, извлеченных из ячеек Типа 3 и Типа 6.Наиболее интенсивные пики для электролита типа 3 четко не разрешены, вероятно, из-за насыщения детектора. Отрицательные полосы поглощения связаны с остаточным атмосферным CO ₂ в отсеке для образца FTIR-спектрометра.

В спектрах можно выделить несколько областей: во-первых, интенсивный пик в районе 1700–1850 см ^–1, характерный для карбонатных растворителей, соответствующий валентному колебанию карбонильной связи C = O. ^17–22 В области между 1260 см ^–1 и 1320 см ^–1 наблюдаются интенсивные пики, относящиеся к растяжению O-C-O.^18–22 Множественные пики в области между 1375 см ^–1 и 1480 см ^–1 соответствуют различным режимам изгиба CH ₂ и CH ₃ (виляние, ножницы и т. области между 2850 см ^-1 и 3030 см ^-1 характерны для валентных колебаний СН. ^18–22

Опубликованное сравнение FTIR-спектров чистых растворителей и смешанных с солями лития показывает, что сольватация ионов лития влияет на большинство ИК-пиков, которые смещаются в красный или синий цвет и / или расщепляются.^17,18,20,22 Пики, соответствующие растяжению карбонильных (C = O) и алкокси (C-OR) групп, подвержены наибольшему влиянию, ^17,20,22 в то время как сигналы в других спектральных областях, таких как, например, в CH ₃ и CH ₂ области изгиба и растяжения CH затронуты в меньшей степени. ^20,22

В зависимости от карбонатной структуры пик растяжения C = O наблюдается при немного разных волновых числах. Например, для DMC он наблюдается при 1749–1755 см ^–1, для DEC при 1742 см ^–1, для EMC при 1752 см ^–1 и для EC при 1804–1806 см ^–1.^17–22 При координации карбонатов с катионом лития в этой области появляются дополнительные пики, соответствующие растяжению карбонильных групп в молекулах растворителя, координированных катионами лития. ^17,18,20,22 Эти пики смещены в красную область на ок. 20–32 см ⁻¹, например для DMC согласованный пик поглощения наблюдается при 1720–1724 см ^–1, для DEC при 1711–1715 см ^–1, для EMC при 1714 см ^–1 и для EC при 1763 см ^–1, и обычно более интенсивны по сравнению с их некоординированными эквивалентами.^17,18,20,22

Несколько широких и перекрывающихся пиков наблюдаются в спектральном окне 1700–1850 см ^–1 (см. Рисунок 8), что указывает на то, что электролиты типа 3 и 6 содержат смесь линейных а также циклические карбонаты как в литий-координированной, так и в некоординированной форме. Дополнительное небольшое смещение и уширение пиков растяжения карбонильных связей происходит из-за координации ионов лития смешанным растворителем, когда молекулы разных растворителей, например EC и DMC, координируются с одним и тем же ионом лития.^17,20

Сильные пики, наблюдаемые при 1073 см ^–1, 1157–1162 см ^–1 и 1198 см ^–1 вместе с меньшим, но четко разрешенным пиком при 1863 см ^–1, характерны для ЭК и соответствуют колебаниям растяжения и дыхания кольца. ^19,22 Кроме того, пик на 1391–1393 см ^–1 и плечо на 1420 см ^–1, оба относятся к CH ₂ виляние в EC, ^19,20,22 наблюдаются поддерживающие наличие этиленкарбоната в обоих электролитах.

Множественные пики в области между 1370 см ^-1 и 1480 см ^-1 соответствуют различным режимам изгиба CH ₂ и CH ₃, присутствующим как в линейных, так и в циклических карбонатах. ^19–21 Четко разрешенный пик при 1371 см ^–1 предполагает присутствие этильных групп в линейных карбонатах ^18,20,22 (дифференциация между EMC и смесью DEC и DMC, к сожалению, невозможна на основа нашего качественного анализа).Пики при 2990 см ^-1, 2940 см ^-1 и 2878 см ^-1 также указывают на присутствие этильных групп в линейных карбонатах. ²² Пик при 1009 см ^-1 характерен как для DEC ¹⁸, так и для EMC, ²², указывая на то, что эти соединения могут присутствовать в экстрагированных электролитах.

Сильный пик на ок. 1275 см ^-1 соответствует асимметричному колебанию O-C-O в DMC. ²¹ Дополнительное плечо прибл.1310–1315 см ^–1, наблюдаемый для электролита типа 6, и интенсивный пик между 1300 и 1320 см ^–1, наблюдаемый для электролита типа 3, соответствуют колебаниям ДМК, координированному катионом лития. ²² Плечо на 1885 см ^-1, соответствующее сумме колебаний O-CH ₃ и небольшого, но четко видимого пика на 1117 см ^-1, соответствующего симметричной вибрации ОСО в DMC, дальнейшая поддержка наличие ДМК в обоих электролитах.²¹

Оба электролита не содержат ни пропиленкарбоната (PC), ни этилацетата (EA), поскольку ИК-пики характерны для этих соединений (например, при 1049 см ^-1, 1180 см ^-1, 1352 см ⁻¹, 1387 см ⁻¹ и 1042 см ⁻¹, 2086 см ⁻¹, 2469 см ⁻¹ соответственно, ^23,24) не наблюдаются. С другой стороны, несколько пиков, например при 1588 см ^-1 и 1985 см ^-1, не могут быть отнесены и остаются неопознанными.

Таким образом, информация о составе электролита, полученная от производителей элементов (ячейки типа 1, типа 2, типа 4 и типа 7), а также качественный FTIR-анализ свободных жидких электролитов, извлеченных из свежих элементов типа 3 и типа 6 показывают, что электролиты в исследованных ячейках содержат в качестве основных растворителей линейные карбонаты (диметилкарбонат, диэтилкарбонат и этилметилкарбонат) и циклические карбонаты (этиленкарбонат).

Ранее опубликованные расчеты показывают, что при комнатной температуре относительно небольшой выброс электролита может привести к образованию потенциально токсичной атмосферы в объеме, занимаемом автомобилем среднего размера с клиренсом 1 м, т.е.е. ок. 62 м ³. ⁵ Например, для DMC и DEC, идентифицированных в исследуемых электролитах, количество растворителя, необходимое для достижения уровня концентрации критериев защитного действия, при котором необратимые или другие серьезные последствия для здоровья и нарушение способности принимать защитные меры (концентрация PAC-2 ) составляет всего 24,7 и 1,4 мл соответственно. ⁵ Для достижения концентрации фтористого водорода (HF), который является продуктом гидролиза соли электролита LiPF ₆ в ПАК-2, требуется утечка 20.Достаточно 5 или 12,3 мл электролита, в зависимости от стехиометрии реакции гидролиза. ⁵

Сравнивая результаты настоящей работы с ранее опубликованной количественной оценкой токсичности электролитов литий-ионных аккумуляторов, ⁵ можно сделать вывод, что как свежие, так и старые коммерческие литий-ионные аккумуляторные элементы могут содержать свободную жидкость. электролит в количествах, достаточных для образования потенциально токсичной атмосферы в закрытых помещениях после выброса электролита из одного элемента батареи.Особенно тревожно то, что литий-ионные элементы, содержащие значительное количество свободного жидкого электролита (например, элементы типа 3 и типа 6), используются в серийных PHEV и BEV, которые были представлены на рынке ЕС в 2013 и 2010 годах соответственно. и которые входят в десятку самых продаваемых моделей электромобилей в ЕС (см. Таблицу I).

Также важно понимать, что выделение содержащегося в нем свободного жидкого электролита представляет собой наилучший сценарий, поскольку его количество соответствует минимальному количеству электролита, которое может быть выделено из аккумуляторного элемента в случае нарушения целостности корпуса элемента.Значительно больше электролита, в том числе поглощенного компонентами элемента, может быть вытеснено в условиях злоупотребления ⁷, тем самым увеличивая риски.

Патент США на состав электролита и его применение Патент (Патент № 11011780 выдан 18 мая 2021 г.)

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ 1. Область техники

Настоящее раскрытие относится к составу электролита, и более конкретно к составу электролита, подходящему для электрохимического устройства (например, вторичной батареи).

2. Описание предшествующего уровня техники

Электролит относится к соединению, которое генерирует свободные ионы и является электропроводным в водном растворе или в расплавленном состоянии. Основываясь на этой характеристике, состав электролита может использоваться в различных электрохимических устройствах, таких как батареи, конденсаторы, гальванические ванны и т.д., и электрически проводящий путь устройства обеспечивается свободными ионами, генерируемыми из них.

Вторичная батарея — это электрохимическая батарея, также известная как аккумуляторная батарея.Подобно обычным батареям, вторичная батарея содержит положительный электрод, отрицательный электрод и электролитический состав, в котором химическая энергия преобразуется в электрическую посредством химической реакции во время разряда. Однако, в отличие от обычных батарей, химическая реакция вторичной батареи является обратимой. После того, как аккумуляторная батарея разряжена, указанная выше химическая реакция может быть обращена внешним источником энергии, чтобы восстановить химически измененное вещество в исходное состояние, то есть путем зарядки.Заряженную вторичную батарею можно снова использовать. Следовательно, аккумуляторная батарея может циклически заряжаться и разряжаться. Обычные вторичные батареи, доступные на рынке, включают свинцово-кислотные батареи, никель-кадмиевые батареи, никель-водородные батареи и литий-ионные батареи. Различные батареи имеют разные применения из-за их различий в свойствах, таких как рабочее напряжение, емкость и безопасность. Среди них литий-ионные батареи широко используются в качестве источников питания для портативных устройств, в электромобилях или в качестве резервного источника питания из-за их относительно легкого веса, большой емкости (высокой плотности энергии), высокого рабочего напряжения, цикла зарядки и большого цикла. жизнь.

Материалом отрицательного электрода литий-ионной батареи может быть металлический литий, литиевые сплавы, углерод, материалы (например, кокс, искусственный графит, природный графит или мезоуглеродные микрошарики), кремний или кремний-углеродные материалы, среди которых кремний, имеющий наивысшую Теоретическая удельная емкость (4200 мАч / г) — один из идеальных вариантов увеличения удельной энергии литиевых батарей. Однако электропроводность самого кремния низкая, а скорость изменения объема кремния во время процессов зарядки и разрядки велика, поэтому сложно сформировать стабильную пленку на границе раздела твердый электролит (SEI) (также называемую пассивирующей пленкой). пленка) на поверхности.Пленка SEI является электрическим изолятором, но отлично проводит ионы лития, и ионы лития могут свободно проходить через пленку SEI. Пленка SEI устойчива в растворе органического электролита и способна отделять растворитель от электрода. Растворитель в растворе электролита легко восстанавливается и разлагается на отрицательном электроде (особенно на отрицательном электроде при высокой температуре). Восстановление и разложение растворителя может привести к образованию осадков, образованию газа и расширению электрода, тем самым влияя на подвижность ионов лития и сокращая срок службы батареи.Чтобы избежать снижения производительности цикла и срока службы электрода из-за повреждения электрода, вызванного растворителем, развитие раствора электролита по отношению к отрицательному электроду в основном сосредоточено на формировании стабильной и неповрежденной пленки SEI на поверхность материала отрицательного электрода, чтобы решить проблему стабильности цикла батареи и преодолеть проблему увеличения объема во время заряда и разряда батареи.

Существует две основные категории материалов положительных электродов литий-ионных батарей: литий-фосфат железа (LFP) и тройные материалы.Батарея с фосфатом лития-железа в качестве материала положительного электрода имеет преимущества, связанные с хорошими циклическими характеристиками и надежными характеристиками безопасности, но имеет недостатки, заключающиеся в недостаточной плотности энергии и плохой производительности при низкой температуре, при которой недостаточная плотность энергии является основным узким местом, ограничивающим разработка таких аккумуляторов. Батарея с тройным материалом в качестве материала положительного электрода состоит из различных элементов, в основном из никель-кобальт-марганца (NCM) или никель-кобальт-алюминия (NCA), которые могут быть представлены общей формулой LiNi _1-xyz Co _x Mn _y Al _z O ₂.Для батареи, в которой материалом положительного электрода является никель-кобальт-марганец, стоимость материала снижается из-за использования недорогого никеля и марганца и относительно небольшого количества кобальта. Кроме того, никель-кобальт-марганцевый материал структурно стабилен в диапазоне напряжений 4,35-4,6 В, поэтому батарея, в которой в качестве положительного электрода используется никель-кобальт-марганцевый материал, также стабильна при высоком напряжении. Однако коммерчески доступные растворы электролитов для тройной аккумуляторной батареи с 4.35 В или более в настоящее время все еще незрелые, в основном из-за проблемы, заключающейся в том, что тройной материал имеет большую удельную поверхность и содержит никель с высокой окисляемостью. Никель имеет тенденцию поглощать влагу в растворе электролита (даже в следовых количествах), что приводит к потере активности, и легко вступает в реакцию с солью электролита в составе электролита, в результате чего характеристики батареи, в частности, циклические характеристики и высокие показатели -температурная стабильность при хранении; под действием.

Растворитель в составе электролита обычной литий-ионной батареи представляет собой органический растворитель, а его соль электролита представляет собой соль лития.Гексафторфосфат лития (LiPF ₆) представляет собой широко используемую соль лития, которая имеет высокую плотность энергии, хорошую электрохимическую стабильность и отличную электропроводность, но склонна к термическому разложению и гидролизу, особенно в кремнийсодержащих электродах с водным связующим (например, как полиакриловая кислота; PAA) часто используется, что увеличивает содержание влаги в электродной пластине. Реакция термического разложения гексафторфосфата лития следующая:
LiPF ₆ → LiF + PF ₅.
Гексафторфосфат лития также может реагировать со следовыми количествами воды в растворе электролита:
LiPF ₆ + H ₂ O → 2HF + LF + POF ₃.

Литиевая батарея обычно работает при температуре от -30 до 60 ° C. Гидролиз и термическое разложение становятся более интенсивными в высокотемпературной среде, образующаяся кислота не только разрушает материал электрода, но также повреждает пленку SEI и следовательно, производительность батареи быстро ухудшается.Следовательно, во время приготовления раствора электролита для литий-ионной батареи содержание влаги в полученном растворе электролита обычно регулируется на уровне 20 частей на миллион или менее, а кислотность регулируется на уровне 50 частей на миллион или менее. Однако даже в этом случае другие материалы в растворе электролита могут вносить влагу или кислотность из различных источников во время использования батареи, что приводит к ухудшению качества раствора электролита. Следовательно, разработка добавки к электролиту, имеющей функцию удаления воды и восстановления кислоты, для устранения или уменьшения существующей или поступающей извне воды и кислоты в раствор электролита имеет практическое значение.

Кроме того, PF ₅, полученный разложением гексафторфосфата лития, химически активен и легко реагирует с добавками или примесями в растворе электролита, так что образуются растворимые мономеры, диалеры и олигомеры. По мере увеличения количества сопряженной системы в полимере спектр полимера смещается в красную область, могут быть обнаружены хромофоры и цветность раствора электролита увеличивается. Следовательно, цветность раствора электролита может использоваться в качестве эталона стабильности гексафторфосфата лития.

Чтобы устранить вышеупомянутые узкие места в этой области, в настоящее время в отрасли существует потребность в электролитной композиции, которая удаляет воду и снижает кислотность, полезна для пленки SEI и не полимеризуется с примесями, тем самым обеспечивая электрохимический устройство для поддержания стабильности цикла и стабильности объема при высоких температурах и высоких напряжениях.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Целью настоящего раскрытия является обеспечение состава электролита, который может взаимодействовать с влагой, тем самым стабилизируя соль лития в растворе электролита и избегая дальнейшего гидролиза электролита, образования фтороводорода и эрозии электрода. .Композиция электролита включает гетероциклическое соединение, соль электролита и растворитель, при этом гетероциклическое соединение содержит в гетероциклическом кольце:

(a) по меньшей мере два атома азота, каждый из которых связан, с -Si (R ₁₎) _{3 группа}; и
(b) по меньшей мере одну карбонильную группу (C = O) или тиокарбонильную группу (C = S),
, где R ₁ представляет собой C _1-3 алкильную группу или арильную группу.

Из-за присутствия гетероциклического соединения в электролитной композиции настоящего раскрытия не только влага, присутствующая в батарее, может быть эффективно удалена, но и кислота, образующаяся в результате гидролиза или разрушения соли электролита, также может быть эффективно удалена. уменьшенный.Кроме того, композиция электролита, содержащая гетероциклическое соединение согласно настоящему раскрытию, также дает соединение, которое облегчает образование пленки SEI при удалении воды и восстановлении кислоты. Следовательно, композиция электролита, содержащая гетероциклическое соединение, имеет лучшую стабильность по сравнению с обычными композициями электролита.

Другой целью настоящего раскрытия является создание электрохимического устройства, содержащего вышеуказанный состав электролита.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает цветность электролитной композиции, полученной в каждом из примеров и сравнительных примеров настоящего раскрытия, после хранения при 60 ° C в течение 10 дней.

РИС. 2 показывает взаимосвязь между степенью сохранения разрядной емкости (%) и количеством циклов, когда состав электролита, полученный в каждом из примеров и сравнительных примеров настоящего раскрытия, используется с кремний-углеродным отрицательным электродом.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Для облегчения понимания раскрытия здесь термины определены ниже.

Термин «примерно» относится к допустимому отклонению заданного значения, измеренному специалистом в данной области техники, частично зависящим от того, как измерить или определить значение.

В настоящем описании термин «алкил» относится к насыщенной, прямой или разветвленной углеводородной группе, которая предпочтительно содержит 1-20 атомов углерода.Примеры включают, но не ограничиваются ими, метил, этил, н-пропилизопропил, н-бутил, изобутил, трет-бутил, пентил, гексил и тому подобное.

Гетероциклическое соединение

Гетероциклическое соединение по настоящему раскрытию может поддерживать рабочие характеристики батареи при сохранении стабильности и подходит для использования в качестве добавки к электролиту.

В некоторых вариантах реализации настоящего раскрытия гетероциклическое соединение, описанное в настоящем раскрытии, представляет собой 4-7-членное гетероциклическое соединение.Как описано выше, гетероциклическое соединение включает в гетероциклическом кольце: (а) по меньшей мере два атома азота, каждый из которых связан с группой -Si (R ₁) ₃; и (b) по меньшей мере одну карбонильную группу (C = O) или тиокарбонильную группу (C = S), где R ₁ представляет собой C _1-3 алкильную группу или арильную группу.

В некоторых вариантах реализации гетероциклическое соединение по настоящему раскрытию может быть 4-, 5-, 6- или 7-членным гетероциклическим соединением, предпочтительно 4-, 5- или 6-членным гетероциклическим соединением, и более предпочтительно 5-членным гетероциклическим соединением. — или 6-членное гетероциклическое соединение; гетероциклическое соединение включает в гетероциклическом кольце два или более атома азота, каждый из которых связан с группой -Si (R ₁) ₃, например, но не ограничиваясь ими, два или три атома азота каждый из который связан с группой -Si (R ₁) ₃, где R ₁ представляет собой C _1-3 алкильную группу или арильную группу, и предпочтительно метильную или этильную группу.

Согласно конкретному варианту осуществления настоящего раскрытия, гетероциклическое соединение представляет собой 4-7-членное гетероциклическое соединение, имеющее структуру формулы (I):

где:
R ₁ определено выше; и
Каждый из «. . . ”Индивидуально и независимо представляют две одинарные связи или двойную связь; когда » . . . »Представляет собой две одинарные связи, X mid Y индивидуально и независимо представляют собой H, а когда«. . . ”Представляет собой двойную связь, X и Y индивидуально и независимо представляют собой O или S.

Группа -N-Si (R ₁) ₃ в гетероциклическом кольце гетероциклического соединения согласно настоящему раскрытию может реагировать с водой с образованием соответствующего соединения (1), содержащего -NH-группу и силанол. Например, он может реагировать с водой в составе электролита, и реакция протекает следующим образом (не ограничиваясь теорией):
* -N-Si (R ₁) ₃ + H ₂ O → ( R ₁) ₃ SiOH ÷ * -N — H Соединение (1)

Следовательно, при добавлении гетероциклического соединения в соответствии с настоящим изобретением в качестве добавки к электролиту нежелательная влажность в электрохимическом устройстве (например, вторичном аккумулятор) можно снять.Кроме того, авторы данной заявки обнаружили, что соответствующее соединение (1), полученное из них, имеет превосходную термостойкость. В некоторых вариантах реализации настоящего раскрытия, когда композиция электролита используется во вторичной батарее, соединение (1) может использоваться в качестве вспомогательного агента, образующего пленку (пленка SEI), во вторичной батарее, что улучшает стабильность раствора электролита. и отрицательный электрод батареи при высокой температуре.

Помимо воды, группа -N-Si (R ₁) ₃ в гетероциклическом кольце гетероциклического соединения по настоящему раскрытию также может реагировать с кислотой с образованием соответствующего соединения (1), содержащего — группа NH и силицид.Например, он может реагировать с кислотой (например, фтористоводородной кислотой) в составе электролита, и реакция протекает следующим образом (не ограничиваясь теорией):
* -N-Si (R ₁) ₃ + HF → (R ₁) ₃ SiF + * — N-H Соединение (1)

Следовательно, добавляя гетероциклическое соединение согласно настоящему изобретению в качестве добавки к электролиту, можно снизить нежелательную кислотность в электрохимическом устройстве. Кроме того, соответствующее соединение (1), полученное реакцией с кислотой, можно использовать в качестве вспомогательного агента, образующего пленку (пленка SEI), во вторичной батарее, как описано выше, что может улучшить стабильность отрицательного электрода и раствора электролита. батареи при высокой температуре.

В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения соль электролита в составе электролита образует фторид водорода путем гидролиза. Однако гетероциклическое соединение по настоящему изобретению может реагировать с фтористым водородом из-за большой энергии связи между Si и F, и содержание фтороводорода в электролитной композиции может быть уменьшено.

В дополнение к вышеупомянутым атомам азота, которые связаны с группами -Si (R ₁) ₃, гетероциклическое соединение по настоящему раскрытию содержит в гетероциклическом кольце по меньшей мере одну карбонильную группу (C = O ) или тиокарбонильную группу (C = S), например, но не ограничиваясь ими, одну или две карбонильные группы и / или тиокарбонильные группы.В предпочтительном варианте осуществления настоящего раскрытия гетероциклическое соединение настоящего раскрытия имеет карбонильную группу и / или тиокарбонильную группу, где карбонильная группа и / или тиокарбонильная группа может образовывать вместе с соседним атомом азота в гетероциклическом кольце амидная группа (-C (= O) -N (R) -, в которой R представляет собой водород или -Si (R ₁) ₃) и / или тиоамидную группу (-C (= S) -N ( R) -, в котором R представляет собой водород или -Si (R ₁) ₃). Следовательно, гетероциклическое соединение по настоящему изобретению имеет карбонильную группу (и / или тиокарбонильную группу), которая дает свойство конъюгирования с аминогруппой, и, таким образом, является относительно стабильным и с меньшей вероятностью реагирует с литиевой солью.Кроме того, карбонильные и тиокарбонильные группы, содержащиеся в гетероциклическом соединении по настоящему изобретению, также способствуют диспергированию гетероциклического соединения в растворителе.

Согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления настоящего раскрытия, гетероциклическое соединение настоящего раскрытия имеет высокий потенциал окисления и, таким образом, имеет термическую стабильность и электрохимическую стабильность при высоких температурах и давлениях.

Согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления настоящего раскрытия, гетероциклическое соединение представляет собой 5- или 6-членное гетероциклическое соединение, а R ₁ представляет собой метильную группу.Гетероциклическое соединение имеет структуру формулы (II):

, где
“. . . ”Представляет собой двойную связь, а X и Y по отдельности и независимо представляют собой O или S.

Согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления настоящего раскрытия, гетероциклическое соединение представляет собой, например, но не ограничиваясь этим,

Гетероциклическое соединение настоящее описание может быть использовано для удаления кислоты и восстановления воды и стабильно при высоких температурах. Следовательно, состав электролита по настоящему изобретению может поддерживаться стабильным в течение длительного периода времени (например,г., 10 дней) при высокой температуре (например, 60 градусов Цельсия).

В одном варианте осуществления настоящего раскрытия гетероциклическое соединение необязательно составляет в гетероциклическом кольце один, два, три или четыре атома углерода, каждый из которых связан с C _1-3 алкильной группой, и предпочтительно содержит один , два или три атома углерода, каждый из которых связан с C _1-3 алкильной группой, где C _1-3 алкильная группа предпочтительно представляет собой метильную или этильную группу.

Соль электролита

Соль электролита предназначена для передачи заряда между положительным и отрицательным электродами батареи.Подходящая соль электролита, используемая в настоящем раскрытии, конкретно не ограничивается и определяется в основном в зависимости от типа электрохимического устройства или электрохимической батареи.

Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия подходящая соль электролита, используемая в настоящем раскрытии, представляет собой соль лития. Литиевая соль может быть выбрана из группы, состоящей из: LiPF ₆, LiBF ₄, LiAsF ₆, LiTaF ₆, LiAlCl ₄, Li ₂ B ₁₀ Cl ₁₀, LiCoO ₂, LiClO ₄, LiCF ₃ SO ₃, LiN (SO ₂ C _m F _{2m + 1}) (SO ₂ C _n + F 1 _2n), LiC (SO ₂ C _k F _{2k + 1}) (SO ₂ C _m F _{2m + 1}) (SO ₂ C _n F _{2n + 1}), LiN (SO ₂ C _k F _2k CO ₂), LiC (SO ₂ C _k F _2k SO ₂) (SO ₂ C _м F _{2m + 1}), LiPF _x (RF) _6-x, LiBF _y (RF) _4-y или их комбинация, в которой k = 0-10, m = 0 -10, n = 0-10, x = 0-5, y = 0-3 и RF представляет собой перфторалкил C _1-20 группа или арильная группа.Предпочтительные соли электролитов включают LiPF ₆, LiBF ₄, LiSbF ₆, LiAsF ₆, LiN (SO ₂ CF ₃) ₂, LiN (SO _{263 C _{₅) ₂, LiN (SO ₂ CF ₃) ₃, LiN (SO ₂ F) ₂ или их комбинация. Вышеуказанная соль электролита может повышать электрохимическую стабильность и электрическую проводимость электролитной композиции.}}

Растворитель

Растворитель в электролитной композиции по настоящему раскрытию особо не ограничивается и может быть любым подходящим неводным органическим растворителем, известным специалистам в данной области.

Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия растворитель, используемый в настоящем раскрытии, может быть неводным органическим растворителем, который представляет собой смесь циклического карбоната и карбоната с цепочкой. Циклический карбонат включает этиленкарбонат, пропиленкарбонат, бутиленкарбонат или их комбинацию, а цепной карбонат включает диметилкарбонат, диэтилкарбонат, метилэтилкарбонат, метилпропилкарбонат или их комбинацию, среди которых предпочтительны этиленкарбонат и диэтилкарбонат.

Другие добавки

Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия композиция электролита настоящего раскрытия может дополнительно содержать по меньшей мере одну добавку, выбранную из виниленкарбоната, винилэтиленкарбоната, фторэтиленкарбоната, 1,3-пропансултона, 1, 3-пропенсултон, γ-бутиролактон, 1,4-бутансультон и их комбинация.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения добавка включает виниленкарбонат, винилэтиленкарбонат, фторэтиленкарбонат или их комбинацию.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего раскрытия, добавка содержит по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из виниленкарбоната, винилэтиленкарбоната и фторэтиленкарбоната, и, необязательно, циклический лактон, который может быть 1,3-пропаном. сультон, 1,3-пропенсултон, γ-бутиролактон, 1,4-бутансультон или их комбинация.

Авторы данной заявки обнаружили, что указанная выше добавка может использоваться в качестве вспомогательного агента, образующего пленку (пленку SEI), так что пленка SEI может быть сформирована на поверхности отрицательного электрода во время первого процесса зарядки для дальнейшего предотвращают разложение молекул растворителя и улучшают характеристики состава электролита при высоких температурах, тем самым улучшая термическую стабильность электролита.

Композиция электролита согласно настоящему раскрытию

Как описано выше, композиция электролита согласно настоящему раскрытию содержит гетероциклическое соединение, соль электролита и растворитель.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего раскрытия, содержание гетероциклического соединения в расчете на общую массу электролитной композиции находится в диапазоне от 0,01 до 5 мас.%, Например 0,01 мас.%, 0,05 мас.%. , 0,2 мас.%, 1 мас.%, 2 мас.%, 3 мас.%, 4 мас.% Или 5 мас.%, А предпочтительно 0.От 2 до 2 мас.%. Когда содержание гетероциклического соединения составляет менее 0,01 мас.%, Трудно достичь эффекта удаления воды и восстановления кислоты. Когда содержание гетероциклического соединения превышает 5 мас.%, Использование гетероциклического соединения ограничено; его непросто равномерно диспергировать в растворе электролита, и получающаяся пленка SEI слишком толстая и влияет на электрический импеданс.

Содержание соли электролита, содержащейся в электролитной композиции по настоящему раскрытию, конкретно не ограничено и может быть любым подходящим содержанием, известным специалистам в данной области техники, или может быть отрегулировано по мере необходимости специалистами с обычной квалификацией в данной области. Изобразительное искусство.Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия объемная молярная концентрация соли электролита находится в диапазоне от 0,5 М до 2 М, например 0,5 М, 1 М, 1,5 М или 2 М; или массовая процентная концентрация соли электролита находится в диапазоне от 7 до 30 мас.%, например 7 мас.%, 8 мас.%, 10 мас.%, 15 мас.%, 20 мас.%, 25 мас.%, 28 мас.%. % или 30 мас.%.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего раскрытия композиция электролита дополнительно содержит другие добавки.Когда присутствуют другие добавки, содержание других добавок в расчете на общую массу электролитной композиции находится в диапазоне от 0,5 мас.% До 10 мас.%, Например 0,5 мас.%, 1 мас.%, 2 мас.%. , 4 мас.%, 6 мас.%, 8 мас.% Или 10 мас.% И предпочтительно от 5 до 10 мас.%. Когда содержание добавки составляет менее 0,5 мас.%, Трудно сформировать пленку SEI в достаточной степени на поверхности отрицательного электрода, так что трудно в достаточной степени улучшить характеристики электролита вторичной батареи при высоких температурах.Когда содержание добавки превышает 10 мас.%, Она образует слишком толстую пленку SEI на отрицательном электроде, внутреннее сопротивление батареи увеличивается и образуется большое количество газа, тем самым снижая низкотемпературные и высокотемпературные режимы. температурные характеристики аккумулятора.

Композиция электролита по настоящему раскрытию имеет характеристики низкой влажности, низкой кислотности и высокой стабильности при высоких температурах и является предпочтительной для образования пленки SEI.Следовательно, он подходит для электрохимических устройств, требующих удаления воды, восстановления кислоты и высокой температурной стабильности.

Когда состав электролита настоящего раскрытия применяется к электрохимической батарее, стабильность электрохимической батареи при высокой температуре и высоком давлении может быть улучшена, где стабильность электрохимической батареи и электролитического состава может быть определена с помощью используя цветность состава электролита в качестве эталона.

Применение композиции электролита по настоящему раскрытию

Настоящее раскрытие обеспечивает использование вышеупомянутой композиции электролита в электрохимическом устройстве и электрохимическом устройстве, содержащем вышеупомянутую композицию электролита.

Композиция электролита согласно настоящему раскрытию включает вышеупомянутое гетероциклическое соединение. Поскольку гетероциклическое соединение имеет характеристики хорошего удаления воды, восстановления кислоты и высокой термостойкости и совместимо с электрохимическими устройствами на основе лития, состав электролита по настоящему раскрытию очень подходит для использования в различных электрохимических устройствах, таких как батареи, конденсаторы и гальванические ванны.

Композиция электролита по настоящему изобретению может использоваться в конденсаторах, которые, например, но не ограничиваются ими, суперконденсаторы или литий-ионные суперконденсаторы (LIC). Из-за использования пористых углеродных материалов из этих конденсаторов трудно удалить воду, и поэтому срок их службы сокращается. В частности, добавки, обладающие характеристиками удаления воды и высокой стойкостью к напряжению, пользуются большим спросом для LIC из-за более высокого напряжения (> 4 В). Композиция электролита по настоящему изобретению обладает хорошими эффектами удаления воды и восстановления кислоты, а также стабильностью при высоком давлении и подходит для литий-ионных суперконденсаторов.

Композиция электролита по настоящему раскрытию может быть применена к вторичной батарее, которая, например, но не ограничиваясь этим, литий-ионная батарея. Поскольку состав электролита по настоящему изобретению может снизить содержание кислоты, металл в положительном электроде не будет испытывать ускоренного осаждения, вызванного кислотой при высоких напряжениях, и, таким образом, является стабильным. Отрицательный электрод имеет стабильную пленку SEI на поверхности благодаря пленкообразующему вспомогательному веществу, образующемуся в результате реакции электролитной композиции с водой или кислотой, и, таким образом, имеет стабильность поверхности.Соответственно, аккумуляторная батарея, в которой используется состав электролита по настоящему изобретению, имеет превосходные циклические характеристики, характеристики накопления при высоких температурах и емкость.

Путем простого использования существующих технологий производства и оборудования состав электролита по настоящему раскрытию может быть применен к существующим электрохимическим устройствам на основе лития, особенно вторичным батареям (таким как литий-ионные батареи), без значительного изменения структуры литий-ионных аккумуляторов. аккумулятор или добавление сложных ингредиентов в качестве добавок.

Настоящее изобретение теперь будет описано в связи со следующими примерами. Настоящее раскрытие может быть реализовано другими способами, кроме следующих примеров, без отступления от духа настоящего раскрытия; и объем настоящего раскрытия не следует объяснять просто в соответствии с раскрытием и ограничиваться им. Кроме того, если здесь не указано иное, термины «a», «an», «the» и подобные термины, используемые в данном документе (особенно в прилагаемой формуле изобретения), должны толковаться как включающие ссылки в единственном и множественном числе.Термин «примерно» используется для изменения измерения, включая допустимую ошибку, частично в зависимости от того, как определить значение специалистом с обычной квалификацией. Слово «или» в списке из двух или более пунктов охватывает все следующие интерпретации; любой из элементов в списке, все элементы в списке и любое сочетание элементов в списке.

ПРИМЕРЫ

Приготовление электролитной композиции

В инертной среде с содержанием влаги менее 1 ppm и содержанием кислорода менее 5 ppm, 37.5 частей по массе этиленкарбоната (ЕС) в качестве растворителя были хорошо перемешаны с 37,5 частями по массе диэтилкарбоната (DEC). К смешанному растворителю медленно добавляли 15 частей по массе гексафторфосфата лития и перемешивали до полного растворения с получением смешанного раствора. 2 части по весу гетероциклического соединения, указанного в таблице 1 (которое может быть синтезировано или коммерчески доступным), и 8 частей по весу фторэтиленкарбоната (FEC) были добавлены к смешанному раствору и хорошо перемешаны для получения электролитных композиций примеры и сравнительные примеры.

Методы испытаний состава электролита

1. Тест на влажность

Метод, используемый для определения содержания влаги в настоящем описании, представляет собой традиционный метод Карла Фишера. Композиции электролита, приготовленные в примерах и сравнительных примерах, помещали в бесцветный и прозрачный флакон с реагентом, и содержание влаги в композиции электролита определяли методом Карла Фишера при 30 ° C, 0 часов и после 48 часов хранения.Результаты испытаний показаны в таблице 1.

2. Испытание при хранении при высоких температурах

Композиции электролитов, приготовленные в примерах и сравнительных примерах, переносили в печь при 60 ° C на 10 дней. Наблюдаемые состояния раствора электролита после хранения при повышенных температурах показаны на фиг. 1 и представлены в таблице 1.

Фиг. 1 показывает, что составы электролитов, полученные в примерах согласно настоящему раскрытию, имеют низкую цветность после 10 дней хранения при 60 ° C.по сравнению с электролитическими композициями, полученными в сравнительных примерах (с использованием гетероциклического соединения VC, 5OM или 5O). Низкая цветность может использоваться как доказательство превосходной стабильности соли электролита в электролитной композиции согласно настоящему раскрытию.

Метод проверки характеристик батареи

1. Подготовка отрицательного электрода

83,7 весовых частей искусственного графита (T8; Tianjin Jinmei), 0,5 весовых частей токопроводящей сажи (Super P от Taiwan Maxwave Co., Ltd.), 9,3 части по весу кремниевого порошка (ANI720, поставляемого AUO Crystal Corp.), 1 часть по весу графена (производства Eternal Materials Co., Ltd.), 2,4 части по весу связующего стирол-бутадиенового каучука. (SBR; TRD104N, поставляемый JSR), 0,6 части по весу загустителя карбоксиметилцеллюлозы (CMC; BVH8, поставляемый Ashland) и 2,5 части по весу полиакриловой кислоты (PAA; Etersol-1730 производства Eternal Materials Co., Ltd.) были полностью перемешать и хорошо перемешать в деионизированной воде, чтобы получить суспензию материала отрицательного электрода.

Суспензию материала отрицательного электрода наносили лезвием на медную фольгу (медная фольга толщиной 10 мкм для батареи; поставляется Changchun Co., Ltd.), сушили при 100 ° C в течение 5 минут, а затем холодным прессованием для изготовления пластины отрицательного электрода (где плотность покрытия после прессования составляет 7 мг / см ³).

Полученная пластина отрицательного электрода была разрезана на пластины диаметром 1,2 см и собрана с другими компонентами в стандартную монетную батарею в инертной атмосфере обычным методом, и были протестированы рабочие характеристики батареи.Компоненты были собраны в следующем порядке: нижняя крышка батареи, металлическая литиевая пластина (в качестве положительного электрода), сепаратор, пластина отрицательного электрода, металлическая прокладка, лист пластинчатой пружины и верхняя крышка батареи. Используемый раствор электролита представлял собой состав электролита, полученный в примерах и сравнительных примерах, а сепаратор представлял собой полипропиленовую пленку, имеющую толщину примерно 20 мкм.

Собранной батарее дали постоять в течение примерно 2–3 часов, чтобы раствор электролита проник в электрод в достаточной степени, чтобы увеличить электрическую проводимость, и напряжение холостого хода полученной батареи было примерно 2.От 5 до 3 В.

2. Тест скорости сохранения емкости

Рабочие характеристики батареи измеряли с помощью устройства для зарядки и разрядки (модель: LBT21084), доступного от Arbin Instruments.

Предварительная обработка:

Зарядка: аккумулятор заряжался в течение 10 часов при постоянном токе 0,1 C, а затем заряжался в течение 1 часа при постоянном напряжении 0,01 В. ток 0,1 C в течение 10 часов.

Процесс зарядки и разрядки был повторен 3 раза в вышеуказанных условиях, при этом первые 3 цикла использовались для образования поверхности раздела твердого электролита.

Разрядная емкость первого и пятидесятого циклов:
Заряд: аккумулятор заряжался в течение 5 часов при постоянном токе 0,2 C, а затем заряжался в течение 1 часа при постоянном напряжении 0,01 В.
Разряд: батарея разряжалась при токе 0,3 C в течение 2 часов.

Вышеупомянутые три цикла для образования границы раздела твердого электролита были включены в расчет, и разрядная емкость, измеренная в четвертом цикле, рассматривалась как разрядная емкость первого цикла.

После 49-кратного повторения процесса зарядки и разрядки в вышеуказанных условиях разрядная емкость, измеренная в 50-м цикле, была разрядной емкостью 50-го цикла.
Коэффициент сохранения емкости = (разрядная емкость 50-го цикла / разрядная емкость первого цикла) × 100%.

РИС. 2 показывает степень сохранения емкости каждого из примеров и сравнительных примеров. Степень сохранения емкости рассчитывалась по приведенной выше формуле и занесена в Таблицу 1.Как видно из Таблицы 1, батарея, в которой используется состав электролита, содержащий гетероциклическое соединение, полученный в примерах согласно настоящему раскрытию, имеет лучшую степень сохранения разрядной емкости при использовании с кремний-углеродным отрицательным электродом по сравнению со сравнительными примерами.

ТАБЛИЦА 1 Состояние при хранении при высоких температурах влажности и содержании батареи Емкость Гетероциклическое соединение (ppm) при 60 ° C для удерживания 10 Сокращение Химическая формула 0 часов 48 часов Пример 15ODS17.75,5 Прозрачный и бесцветный 66,2% Пример 25SDS18.16.7 Прозрачный и бесцветный 60,7% Пример 35DODS16.86.1 Прозрачный и бесцветный 48,4% Пример 45 DOMDS17.17.7 Прозрачный и светло-желтый 46,2% Пример 56ODS15.94.5 Прозрачный и светло-желтый 46,8% Сравнительный Пример 1VC15.917.7 Преципитат или темный 34,2% Сравнительный пример 25OM17.518.9 Преципитат или темный 40,4% Сравнительный пример 35O16,819,5 Преципитат или темный17,1%

Вышеописанные варианты осуществления настоящего раскрытия предназначены для иллюстрации Только.Многочисленные альтернативные варианты осуществления могут быть разработаны специалистами в данной области техники без отклонения от объема следующей формулы изобретения.

Электрохим | Бесплатный полнотекстовый | Электролитические добавки в литий-ионных батареях EV и взаимосвязь состава SEI с сопротивлением элемента и сроком службы

3.1. Результаты электрохимических испытаний

Напряжения разложения добавок электролита исследовали в полуячейках с противоэлектродами из металлического лития.На рис. 2 показаны графики dQ / dV, полученные во время первой части цикла формирования при ± C / 10. Большинство добавок являются отклонениями от контрольного электролита. Были заметные пики с LiDFOB (1,6 В против Li / Li ⁺), TFMB (1,4 В против Li / Li ⁺), PES (1,2 В против Li / Li ⁺) и некоторыми другими. при 1,1 В по сравнению с Li / Li ⁺. Все эти напряжения находились в диапазоне формирования SEI и имели более высокое напряжение, чем у контрольного электролита (0,7 В относительно Li / Li ⁺).Это означает, что для различных добавок вероятно изменение состава слоя SEI на поверхности графита. Механизмы реакции для некоторых из этих добавок были предложены в предыдущей работе, хотя обычно для реакций окисления на катоде. Для ППЭ был предложен двухэлектронный механизм восстановления [29], приводящий к ПЭС Li ₂ (Li ⁺ .LiO.SO.O.CH.CH.CH.CH ₂ ^—). Расчетный стандартный потенциал для реакции составил 0,9 В относительно Li / Li ⁺, при экспериментальном восстановительном напряжении 1.1 В по сравнению с Li / Li ⁺, оценено на основе испытаний всех элементов. Полные элементы, содержащие различные электролиты, были подвергнуты последовательности испытаний; формирование, импеданс, старение клеток, импеданс, а затем пятьдесят циклов характеризации при ± C / 2. На рисунке 3 показаны некоторые типичные результаты цикла с четырьмя разными электролитами (лучше всего из трех эквивалентных ячеек). Это были три добавки к электролиту, которые были выбраны как дающие наибольшее общее улучшение по сравнению с базовым электролитом. Для сравнения данных всех ячеек емкость разряда в пятидесятом цикле была нанесена на график зависимости разрядной емкости в пятом цикле.На рисунке 4 показаны результаты для ячеек, содержащих каждую добавку. Для удобства добавки были классифицированы как серосодержащие, борсодержащие и другие. Лучшими добавками были те, которые обеспечивали максимальную производительность как при пяти, так и при пятидесяти циклах. В некоторых случаях производительность увеличивалась в течение первых нескольких циклов, как показано на рисунке 3. В крайних случаях производительность после пятидесяти циклов была выше, чем производительность в пять циклов. Это ясно указывает на неоптимальный уровень SEI. Монетные ячейки очень полезны при разработке литий-ионных элементов, но они содержат относительно небольшую площадь электрода.Это, в сочетании с ручной работой, внесло некоторую изменчивость в емкость ячеек, что отражено в разбросе значений, показанном на Рисунке 4. Для трех добавок, содержащих серу, не было явного преимущества. Таким образом, единственный вывод состоит в том, что любые различия, возникающие при использовании DTD и PES в качестве добавок, были меньше, чем внутренняя изменчивость в характеристиках элементов. Четыре из добавок были боратами. Из рисунка 4b было ясно, что добавки LiDFOB и TEB пагубно сказываются на химическом составе клеток.Однако добавки TMB и TTMSiB предлагали незначительные улучшения по сравнению с контрольным электролитом. Пять других добавок имели различные структуры и функциональные группы, хотя все FEC, OHD и VC являются вариантами этиленкарбоната. Результаты, представленные на рисунке 4c, показали больший разброс, чем хотелось бы для трех номинально эквивалентных ячеек. Однако TFMB явно отрицательно сказывался на характеристиках цикла, и электролит быстро менял цвет после приготовления, что свидетельствует о разложении электролита.FEC и OHD показали незначительные улучшения по сравнению с контрольным электролитом. Клетки TTSPi имели разную емкость, но лучшие клетки были очень хорошими. Измерения импеданса проводились в конце формирования и в конце старения клеток. На рисунке 5 показаны некоторые репрезентативные результаты для трех монетных ячеек, содержащих добавку PTS. Результаты показали незначительное увеличение последовательного сопротивления после старения и большее увеличение электрохимического сопротивления. Данные импеданса были подогнаны к простой эквивалентной схеме, как описано в экспериментальном разделе.Два основных анализируемых параметра — это последовательное сопротивление и «электрохимическое» сопротивление. Оба являются суммой нескольких составляющих сопротивления. Эксперименты в трехэлектродных ячейках с электродом сравнения из металлического лития показали, что высокочастотный полукруг на аноде был маленьким по сравнению с полукругом средней частоты. Постоянные времени основных анодных и катодных полукругов были аналогичными, что приводило к только одному полукругу в полных спектрах ячейки. На рисунке S3 в дополнительном материале показана эквивалентная схема, используемая для подбора экспериментальных данных, и два примера процесса подбора.Соответствующие значения сопротивления, полученные после образования и после старения клеток, были нанесены друг на друга. Результаты показаны на рисунках S1 и S2 в дополнительных результатах. Как правило, последовательные сопротивления практически не зависели от аддитивного типа. OHD, VC и большинство боратов были немного выше, чем контрольный электролит, а TTSPi был незначительно ниже. Влияние на электрохимическое сопротивление было более заметным. Для PES значения после образования были намного выше, чем для контрольного электролита, но преобразовались в более нормальные значения после старения.LiDFOB давал самые высокие значения после старения, но все остальные бораты были ниже, чем в контроле. Значения OHD и TFMB были выше после формирования, а значения VC были самыми высокими после старения. Как и в случае с последовательными сопротивлениями, элементы TTSPi продемонстрировали превосходные характеристики. Три добавки были выбраны как наиболее многообещающие; TMB, TTMSiB и TTSPi. Их использовали для дальнейших исследований при различных концентрациях добавок, и результаты суммированы на Рисунке 6. Для электролитов с добавками TMB ни одна из новых концентраций добавок не улучшилась по сравнению с исходными 1% масс.Для TTMSiB самой низкой концентрации 0,2 мас.% Явно недостаточно. Результаты с более высокими концентрациями 1 мас.% И 2 мас.% Свидетельствовали о хорошем сохранении емкости. Однако эти элементы показали увеличение разрядной емкости на начальных этапах цикла из-за плохого формирования. При использовании TTSPi начальная емкость и сохранение емкости были стабильно высокими во всем диапазоне тестируемых концентраций добавок. Как и при первоначальных отборочных исследованиях, измерения импеданса проводились после формирования и после старения.Основные результаты приведены на рисунках S4 и S5 для последовательного и электрохимического сопротивления соответственно. Для TMB и TTMSiB значения последовательного сопротивления были выше, чем у контрольного электролита, но значения электрохимического сопротивления были ниже, чем у контрольного. Другое наблюдение заключалось в том, что электролиты, содержащие ТМБ в качестве добавки, меняли цвет намного быстрее, чем другие электролиты с добавками. Электрохимическое сопротивление TTSPi было обычно ниже, чем значения, полученные с контрольным электролитом.TTSPi был явно лучшей добавкой из двенадцати первоначальных кандидатов. Он давал стабильно более высокие емкости в диапазоне концентраций 0,5–3,0 мас.% С очевидным преимуществом при 0,5 мас.%. Недавнее исследование показало изменения морфологии катода после циклирования в электролите, содержащем TTSPi, по сравнению с базовым электролитом при циклировании до 4,8 В [39]. Катодные материалы из шпинели, как известно, подвержены воздействию фтора. Сообщается также, что TTSPi удаляет HF из электролита [41], что, следовательно, может быть полезно для катода, содержащего шпинель, такую как LiMn ₂ O ₄.Другие публикации также сосредотачиваются на роли TTSPi на катоде. Это полезно для циклирования катодов NMC-532, где он подавляет растворение переходных металлов [42]. Предлагаемый механизм включает как поглощение HF, так и образование на поверхности катода соединений, богатых фосфором и кислородом. К сожалению, TTSPi расходуется в этих реакциях, и преимущество в конечном итоге исчезает [43]. Однако также вероятно, что TTSPi изменяет состав и / или структуру слоя SEI на графитовом аноде.Недавняя публикация [44] предполагает, что TTSPi реагирует с другими компонентами анодного слоя SEI, а не восстанавливается напрямую. Свободные энергии Гиббса реакции были рассчитаны для TTSPi и EC, реагирующих с индикативным ионом, в данном случае CH ₃ .O ^—. Показанная реакция имела самую отрицательную свободную энергию:

P. (OSi (CH ₃) ₃) ₃ + Li ⁺ ↔ Li ⁺ .P (OSi (CH ₃) ₃) ₃

(1)

Ли ⁺.P (OSi (CH ₃) ₃) ₃ + CH ₃ .O ^— → LiO.P (OSi (CH ₃) ₃) ₂ + CH ₃ OSi (CH ₃) ₃

(2)

3.2. Химический анализ поверхности SEI

Аноды ячеек, содержащие электролиты с различными добавками, извлекали из плоских ячеек и использовали для измерений рентгеновской фотоспектроскопии (XPS). Некоторые результаты собраны на рисунках 7 и 8.На рис. 7 показаны репрезентативные спектры семи элементов, обнаруженных в спектрах, в основном для контрольного электролита. Полные аппроксимирующие кривые показаны на Рисунке S6 в дополнительной информации. На рисунке 8 показаны различные атомные% и распределения пиков для каждого элемента в зависимости от типа добавки. Большинство соединений лития дают пики около 55,5 эВ [24]. Пик фторида лития составляет ~ 55,6 эВ, а карбоната лития — ~ 55,2 эВ. Ожидается, что оба этих соединения лития будут присутствовать в слое SEI [10].При этом все образцы содержали 1-секундный пик лития в диапазоне 55–57 эВ, свидетельствующий об этих соединениях. Ячейка с добавкой OHD также имела пик при 59 эВ, что указывает на другой вид лития. Этот пик был слишком высоким для Li ₂ O ₂, который, как сообщается, составляет 57 эВ [45]. Интересно, что некоторые из добавок давали слой SEI с более низким содержанием лития, чем в контрольном электролите, от примерно 1 ат.% До примерно 0,5 ат.%. Бор наблюдался для добавок к электролиту, содержащим бор, как и ожидалось, но также и в контрольном электролите. .Наибольшие значения ат.% Бора были для добавок ТЭБ и ТМБ. Существует много соединений бора с энергиями связи B 1s в диапазоне 192–193 эВ, например B ₂ O ₃, H ₃ BO ₃, Na ₂ B ₄ O ₇ [24]. Борсодержащей добавкой, скорее всего, был LiBOB, чем LiBF ₄. LiBOB имеет пик XPS при 194 эВ [46], а продукты восстановления, такие как LiO.CO.CO.O.CH ₂ .CH ₂ .O.CO.OB (C ₂ O ₄) Li и [О.B (C ₂ O ₄) Li] _n [46]. Следовательно, основной пик при 192 эВ, вероятно, является кислородно-борным соединением этого типа. Нижний пик энергии при ~ 187 эВ, наблюдаемый в трех образцах, находится в диапазоне энергий для борида или борогидрида [24]. Спектры углерода 1 s показали наибольшее количество пиков. Существуют некоторые вариации в заявленных пиковых энергиях для различных углеродных соединений. Репрезентативный набор — графит (284,4 эВ), углеводороды (285.0 эВ), спирты и простые эфиры (286,2 эВ), карбонилы (287,6 эВ), карбоновые кислоты и сложные эфиры (288,8 эВ) и карбонаты (290,6 эВ) [47]. Поливиниленкарбонат дает более высокий пик энергии, около 291,5 эВ [48]. Более низкий пик энергии около 282 эВ обычно интерпретируется как карбид и, следовательно, литированный углерод. Расчетная энергия 283,6 эВ была предложена для LiC ₆ [49], но другие измерения показывают пик при 282,5 эВ [50]. Несмотря на то, что элементы были разобраны в разряженном состоянии, всегда есть вероятность наличия некоторого остаточного интеркалированного лития.Были идентифицированы три различных положения пиков кислорода, но большинство спектров содержали только два. Доминирующий пик при 531–532 эВ был обусловлен двойными связями C = O, тогда как пик с более высокой энергией при 533–534 эВ был одинарной связью C-O [48]. Нижний пик энергии находится в ожидаемом диапазоне для оксидов металлов, и поэтому наиболее вероятно, что это Li ₂ O. Однако Li ₂ O может быть получен распылением аргоном Li ₂ CO ₃ [51], как артефакт измерения, а не как подлинный компонент.Было четкое разделение содержания кислорода между низким (~ 10 ат.%) И высоким (~ 25 ат.%) Для различных добавок. Спектры фтора были наиболее согласованными в этом наборе данных. Основной пик около 685 эВ был LiF [40]. Более высокий пик энергии около 688 эВ может быть несколькими соединениями, включая LiPF ₆, PVDF, Li _x PF _y и Li _x PO _y F _z [40,45,47]. Многие из добавок дали аналогичные результаты с контрольным электролитом.Однако три органобората имели заметно более высокие значения ат.%, А OHD были ниже. Фосфор 2p дает два пика с 3/2 или 1/2 спина. Экспериментальные данные были подогнаны попарно с Δ = 0,84 эВ. В опубликованных результатах не всегда указывается, относятся ли они только к пиковой энергии 2p ^3/2 или к некоторому среднему значению 2p ^3/2 и 2p ^1/2. В большинстве образцов было два дублета. Основной пик при 133–134 эВ был приписан Li _x PO _y F _z, тогда как более высокий пик энергии при 136–137 эВ, вероятно, был LiPF ₆ или Li _x PF _y [52].Пик ~ 131 эВ, наблюдаемый в трех образцах, стал неожиданностью. Эта энергия типична для элементарного фосфора и органических соединений, таких как (C ₆ H ₅) ₃ P [24]. Некоторые добавки давали более высокие значения фосфора в%, чем контрольный электролит, наиболее заметно VC. Существует ограниченное количество предварительных работ по содержанию серы в слоях SEI. Типичный спектр, показанный на Фигуре 7, имел восемь пиков в четырех дублетах. Как и в случае с фосфором, спиновые пики 3/2 и 1/2 подбирались отдельно, в данном случае с Δ = 1.2 эВ. Пики при 168–169 эВ представляют собой сульфаты или сульфоны, пики при 166–167 эВ — сульфиты, а пики при 161 эВ — сульфиды [24]. Механизмы реакции, приводящие к сульфидам из жидких электролитов с ионами лития, обсуждаются ниже. Многие добавки значительно подавляли образование серосодержащих соединений, наиболее очевидно борсодержащих соединений. Добавки, содержащие серу, не увеличивали содержание серы по сравнению с контрольным электролитом, что указывает на преимущественное разложение других компонентов электролита.Большинство исследований серы 2p XPS на анодах литий-ионных элементов сосредоточено на Li ₂ SO ₃ и RO.SO ₂ Li, а не на сульфидах [53]. Тем не менее, эквивалентная работа с литиево-серными элементами идентифицирует сульфиды и дисульфиды [54]. В таблице 2 перечислены некоторые пиковые значения энергии из этих двух документов. Первый относится к «алкилсульфидам», но для присутствия в слое SEI они должны быть твердыми при комнатной температуре. Диметилсульфид (CH ₃ .S.CH ₃) имеет точку плавления -98 ° C.Напротив, тиометоксид лития (CH ₃ .S.Li) является твердым веществом при комнатной температуре, а сульфид лития имеет температуру плавления 938 ° C. Таким образом, соединения, присутствующие в слое SEI, более вероятно, представляют собой Li ₂ S и CH ₃ .S.Li. Существует много возможных механизмов реакции восстановления для восстановления таких соединений, как пропан-1,3-сультон, до Li ₂ S или CH ₃ SLi. Ранее опубликованные механизмы реакции пропен-1,3-сультона [55], этиленсульфита [56] и диоксида серы [57] предполагали:

C3h5SO3 + 2 Li ++ 2 e− → Li2SO3 (т) + Ch4.C≡CH (г)

(3)

C ₂ H ₄ SO ₃ + 2 Li ⁺ + 2 e ^— → Li ₂ SO ₃ (s) + C ₂ H ₄ (g)

(4)

SO ₂ + 6 Li ⁺ + 6 e ^— → Li ₂ S (s) + 2 Li ₂ O (s)

(5)

Механизм диоксида серы был получен для первичных элементов Li / SO ₂, а также применим, когда SO ₂ используется в качестве пленкообразующей добавки в ионно-литиевых элементах [57].Li ₂ O может далее реагировать с SO ₂, CO ₂, H ₂ O и HF. Легче представить себе механизм химической реакции для SO ₂, когда молекулы адсорбируются на поверхности металлического лития. Можно предположить серию этапов электрохимического процесса:

SO ₂ + Li ⁺ + e ^— → LiO.S: O

(6)

LiO.S: O + Li ⁺ + e ^— → LiO.S.OLi

(7)

LiO.S.OLi + 2 Li ⁺ + 2 e ^— → Li ₂ O (т) + LiS.OLi

(8)

LiS.OLi + 2 Li ⁺ + 2 e ^— → Li ₂ S (тв) + Li ₂ O (тв)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

LiO.CH ₂ .CH ₂ .CH ₂ .S. (OLi) ₂ + Li ⁺ + e ^— → LiO.S.OLi + Li ₂ O + CH ₂: CH.CH ₃

(15)

Объединение реакций (6) — (9) дает общую реакцию (5). Применяя аналогичный подход к пропан-1,3-сультону, можно предложить путь реакции, изложенный ниже. Реакции (10) и (11) эквивалентны реакциям (6) и (7). Следующей стадией является расщепление кольца в промежуточном соединении, приводящее либо к CH ₃ .S.Li, либо к LiO.S.OLi. Последний будет реагировать далее согласно (8) и (9), давая Li ₂ S.Побочный продукт реакции (12), CH ₂: CH.OLi, вероятно, будет реагировать дальше.

% PDF-1.4 % 55 0 объект > эндобдж xref 55 107 0000000016 00000 н. 0000002506 00000 н. 0000002621 00000 н. 0000003274 00000 н. 0000005562 00000 н. 0000005712 00000 н. 0000006271 00000 н. 0000007486 00000 н. 0000007796 00000 н. 0000007954 00000 н. 0000007984 00000 н. 0000008014 00000 н. 0000008495 00000 н. 0000008525 00000 н. 0000008680 00000 п. 0000008710 00000 н. 0000009117 00000 н. 0000009277 00000 н. 0000009474 00000 н. 0000009690 00000 н. 0000009719 00000 н. 0000009839 00000 н. 0000010182 00000 п. 0000010508 00000 п. 0000010548 00000 п. 0000010569 00000 п. 0000011506 00000 п. 0000011527 00000 п. 0000012150 00000 п. 0000012462 00000 п. 0000012492 00000 п. 0000012648 00000 п. 0000012669 00000 п. 0000013325 00000 п. 0000013346 00000 п. 0000014061 00000 п. 0000014622 00000 п. 0000014856 00000 п. 0000015014 00000 п. 0000016241 00000 п. 0000016271 00000 п. 0000016292 00000 п. 0000017063 00000 п. 0000017228 00000 п. 0000017551 00000 п. 0000017581 00000 п. 0000017603 00000 п. 0000018424 00000 п. 0000018446 00000 п. 0000019175 00000 п. 0000019197 00000 п. 0000019656 00000 п. 0000019971 00000 п. 0000020050 00000 н. 0000020742 00000 п. 0000020828 00000 п. 0000033659 00000 п. 0000039590 00000 н. 0000039676 00000 п. 0000040492 00000 п. 0000040818 00000 п. 0000041006 00000 п. 0000041083 00000 п. 0000041408 00000 п. 0000041809 00000 п. 0000041888 00000 п. 0000041974 00000 п. 0000042488 00000 п. 0000043283 00000 п. 0000043362 00000 п. 0000043384 00000 п. 0000043707 00000 п. 0000044268 00000 п. 0000044354 00000 п. 0000044490 00000 н. 0000044624 00000 п. 0000426292 00000 н. 0000437577 00000 н. 0000437910 00000 п. 0000438150 00000 н. 0000471396 00000 н. 0000471704 00000 н. 0000472128 00000 н. 0000488727 00000 н. 0000488806 00000 н. 0000488892 00000 н. 0000488971 00000 н. 0000489052 00000 н. 0000489142 00000 н. 0000489351 00000 н. 0000489437 00000 н. 00004_{00000 н.
0000492217 00000 н.
0000492243 00000 н.
0000492269 00000 н.
0000492295 00000 н.
0000683226 00000 н.
0000947492 00000 п.
0000959509 00000 н.
0000971165 00000 н.
0000974479 00000 н.
0000974615 00000 н.
0000974749 00000 н.
0000974956 00000 н.
0000975092 00000 н.
0000002773 00000 н.
0000003252 00000 н.
трейлер
]
>>
startxref
0
%% EOF
56 0 объект
>
>>
эндобдж
57 0 объект
Ns [b &: & \ (#)
/ U (5ld [sdn ^ 9ARzY)
/ П-44
/ V 1
/ Длина 40
>>
эндобдж
160 0 объект
>
транслировать
y4, 눡 ǣ ‘}

Полевое руководство по химическим веществам в автомобильном аккумуляторе

Автомобильные аккумуляторы используют химические реакции для образования электрического тока.Типичный автомобильный аккумулятор намного сложнее, чем вы думаете, он состоит из нескольких различных химических соединений и электрических цепей. Какие химические вещества отвечают за преобразование своей энергии в электрические заряды, заставляющие автомобиль работать?

Традиционные свинцово-кислотные батареи
Газовые автомобили чаще всего оснащаются так называемыми «свинцово-кислотными» аккумуляторами. Эти батареи экономичны и имеют относительно высокое отношение мощности к весу, что делает их идеальными для серийно выпускаемых автомобилей.

Свинцово-кислотные батареи состоят (как минимум) из двух пластин , свинца , разделенных химическим раствором, обычно состоящим из 30-50% серной кислоты , также известной как «аккумуляторная кислота». При полной зарядке отрицательная пластина батареи сплошная свинцовая, электролит представляет собой концентрированную серную кислоту, а положительная пластина состоит из диоксида свинца .

Когда батарея разряжена, электроны перемещаются через раствор от отрицательно заряженной пластины к положительно заряженной пластине.Если аккумулятор полностью разряжен («мертв»), то обе пластины станут сульфатом свинца , разделенными раствором воды .

Батареи для электромобилей
Батареи для электромобилей гораздо более разнообразны, чем батареи, используемые в традиционных транспортных средствах, работающих на топливе. Хотя некоторые электромобили по-прежнему работают на свинцово-кислотных аккумуляторах, усовершенствование процесса производства альтернатив делает их более жизнеспособной альтернативой.

Литий-ионные аккумуляторы

, пожалуй, самые перспективные.Эти батареи состоят из катода из оксида лития-кобальта и анода из графита . Было показано, что добавление химических веществ, таких как фосфатов и титанатов , увеличивает срок службы литий-ионных батарей; аналогично, химические вещества, такие как литий-ванадийоксид и кремний , постоянно проходят испытания на предмет их использования для повышения плотности энергии.

Батареи Zebra относительно новы на рынке и используют хлоралюминат натрия в качестве электролита.Несмотря на то, что они обладают высокой плотностью энергии, они имеют относительно низкую удельную мощность и для зарядки их необходимо нагревать.

Никель-металлогидридные батареи

— это отработанная технология. У них очень высокая плотность энергии. Металлическая часть электрода может состоять из многих веществ, от неодима до лантана до церия . Другие часто используемые металлы включают никель (отсюда и название), кобальт , алюминий и марганец .Электролит, используемый в таких батареях, является щелочным, обычно гидроксид калия .

Химия аккумуляторов увлекательна, и ее изучение оказывает огромное и серьезное влияние на наш мир. Noah Chemicals поставляет химические вещества производителям аккумуляторов и исследователям по всей стране; когда важна чистота, штатные химики Noah Chemicals всегда готовы помочь.

Кислотный электролит: состав и метод изготовления

Состав и изготовление

Как найти хороший автомобильный аккумулятор?

Нас можно найти в Нижнем Новгороде по адресам:

что это такое, химический состав, как приготовить

Что из себя представляет электролит и зачем его использовать

Правила эксплуатации

Измерение плотности

Уровень жидкости

Какие виды химической жидкости существуют

Виды, состав и особенности

Кислотный

Щелочной

Корректирующий

Способ приготовления кислотного раствора

Готовим щелочной раствор

Электролит с повышенной плотностью

Как приготовить самостоятельно

Процесс приготовления щелочного электролита

Приготовление раствора для свинцовых аккумуляторов

Для каких аккумуляторов используют разные типы химической жидкости?

Нейтрализация электролита

Электролит для аккумуляторов:его назначение и виды

Электролит для аккумуляторов

Электролит кислотный

Аккумуляторная кислота

Дистиллированная вода

Основные соотношения составляющих

Вязкость

Удельное сопротивление

Щелочной электролит

Утилизация электролита

Батареи с твердым электролитом

Что такое электролит для аккумуляторов и как его приготовить?

Виды, состав и особенности

Кислотный

Щелочной

Корректирующий

Как приготовить самостоятельно

Процесс приготовления щелочного электролита

Приготовление раствора

Инструкция по замене

Полезное видео

Заключение

Чего вы могли не знать о мото аккумуляторе?

Синтез, характеристика и применение негорючей дикатионной ионной жидкости в литиево-ионной батарее в качестве добавки к электролиту

Аккумуляторный электролит представляет собой смесь воды и — введение, раствор и соотношение_Greenway аккумулятор

Количество свободного жидкого электролита в коммерческих крупноформатных призматических литий-ионных аккумуляторных элементах

Патент США на состав электролита и его применение Патент (Патент № 11011780 выдан 18 мая 2021 г.)

Электрохим | Бесплатный полнотекстовый | Электролитические добавки в литий-ионных батареях EV и взаимосвязь состава SEI с сопротивлением элемента и сроком службы

3.1. Результаты электрохимических испытаний

3.2. Химический анализ поверхности SEI

Полевое руководство по химическим веществам в автомобильном аккумуляторе

Ветрогенератор как работает: Ветрогенераторы: принцип действия, типы, применение, эффективность работы - Альтер Эйр

Отзывы акб tab: Аккумулятор таб отзывы владельцев - Авто журнал КарЛазарт

Добавить комментарий Отменить ответ