Elektrolit, əvəzedilməz bir komponentdirlitium{0}}ion batareyaları, batareyanın doldurulma-boşaltma dövrlərində həlledici rol oynayır.
O, yalnız litium ionlarının səmərəli daşınması və cərəyanın keçirilməsi üçün cavabdeh deyil, həm də müsbət və mənfi elektrodlar arasında birbaşa elektron axınının qarşısını almaq üçün elektron izolyasiya xüsusiyyətlərinə malikdir. Obrazlı desək, elektrolit litium{1}}ion batareyanın içərisindəki "qan" kimidir, müsbət və mənfi elektrod materialları arasında əlaqəni təmin edir və bununla da bütün yükləmə-boşaltma prosesinin düzgün gedişatını təmin edir.
Litium{0}}ion batareyası üçün ideal elektrolit aşağıdakı beş tələbə cavab verməlidir:
(1) High ionic conductivity (>10⁻3S/sm).
(2) Wide electrochemical window (>4,5 V Li qarşı+/Li).
(3) Mümkün olan ən aşağı səth müqavimətini saxlayaraq elektrodlarla yaxşı uyğunluq.
(4) Batareyanın geniş temperatur diapazonunda təhlükəsiz işləməsinə imkan verən əla istilik və kimyəvi sabitlik.
(5) Aşağı qiymət, aşağı toksiklik və ekoloji cəhətdən təmiz.
Batareyanın enerji sıxlığına və enerji sıxlığına -həmişə artan tələblər ilə batareya texnologiyası sürətlə inkişaf edir və elektrod materialları böyük irəliləyiş əldə edib. Bunun əksinə olaraq, elektrolit sistemlərinin inkişafı geridə qalmışdır. Hal-hazırda, litium-ion batareya elektrolitlərinin inkişafı geniş şəkildə üç növə təsnif edilə bilər: -suda olmayan həlledici elektrolitlər, sulu elektrolitlər və bərk-elektrolitlər.
Susuz həlledici elektrolit-
Litium ion batareyalarındakı-sulu olmayan həlledici elektrolitlər-tərkibində su olmayan, əsasən həlledicilərdən, məhlullardan (adətən litium duzları) və əlavələrdən ibarət elektrolit sistemlərinə aiddir. Bu sulu olmayan həlledicilər suyun elektrolizindən və ya elektrod materialları ilə mənfi reaksiyalardan qaçmaq üçün sulu həlledicilər deyil, adətən üzvi həlledicilərdir. Litium duzları litium-ionlarının daşınması üçün əsas daşıyıcılardır, həlledicilər litium duzlarını həll etmək, dispersiya etmək və dəstəkləmək funksiyasını yerinə yetirir və əlavələr ilk növbədə litium-ion batareyalarının elektrokimyəvi performansını və ya təhlükəsizliyini yaxşılaşdırmaq üçün fəaliyyət göstərir.
Litium ion batareyalarında istifadə olunan kommersiya elektrolitləri (yəni, maye elektrolitlər) ilk növbədə iki və ya daha çox üzvi həlledicidə həll edilmiş bir və ya daha çox litium duzundan ibarətdir; bir həlledicidən ibarət elektrolitlər çox nadirdir. Çoxsaylı həlledicilərdən istifadənin səbəbi odur ki, real dünya batareyaları müxtəlif, hətta bir-birinə zidd olan tələblərə malikdir və onları bir həlledicidən istifadə etməklə qarşılamaq çətindir. Məsələn, elektrolitlər yüksək axıcılıq tələb edə bilər, eyni zamanda yüksək dielektrik sabitliyə malikdir; buna görə də müxtəlif fiziki-kimyəvi xassələrə malik həlledicilər çox vaxt kombinasiyada istifadə olunur, eyni zamanda müxtəlif xüsusiyyətlər nümayiş etdirirlər. Bundan əlavə, litium duzları ümumiyyətlə eyni vaxtda istifadə edilmir, çünki litium duzlarının seçimi məhduddur və onların üstünlükləri asan görünmür.
İdeal üzvi həlledicilər aşağıdakı əsas xüsusiyyətlərə malik olmalıdırlar: Birincisi, litium duzlarının yaxşı həllini təmin etmək üçün onlara yüksək dielektrik sabitliyə ehtiyac var; ikincisi, elektrolitin işləmə temperaturu diapazonunu genişləndirmək üçün onların aşağı ərimə nöqtəsi və yüksək qaynama nöqtəsi olmalıdır; üçüncü, aşağı özlülük mühitdə litium ionlarının səmərəli miqrasiyasına kömək edir; və nəhayət, bu həlledicilər ucuz olmalı və aşağı toksikliyə malik olmalıdır (ideal olaraq -toksik deyil). Litium ion batareyaları sənayesində ən erkən və ən çox istifadə edilən üzvi həlledicilərdən biri olan karbonat birləşmələri akkumulyator elektrolitləri sahəsində mühüm yer tutur.
Hal-hazırda bu tip həlledicilər əsasən iki struktur formanı ehtiva edir: siklik və zəncirli. Aşağıdakı cədvəl bir neçə tez-tez istifadə edilən sulu olmayan həlledicilərin, elektrolitlərin və üzvi həlledicilərin-müvafiq fiziki parametrlərini ümumiləşdirir.
| Kateqoriya | Növ | Struktur | Ərimə nöqtəsi (dərəcə) | Qaynama nöqtəsi (dərəcə) | Fərdi buxar təzyiqi (25 dərəcə) | Nisbi Sıxlıq (25 dərəcə )/(mPa·s) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Etilen Karbonat (EC) | Dövrlü | 36.4 | 248 | 89,780 | 1.904 (40 dərəcə) | |
| Propilen Karbonat (PC) | Dövrlü | -48.4 | 242 | 64,920 | 2.53 | |
| Karbonatlar | Butilen Karbonat (BC) | Dövrlü | -54.0 | 240 | 53,000 | 3.20 |
| Dimetil Karbonat (DMC) | Xətti | 4.6 | 91 | 3,107 | 0.59 | |
| Dietil Karbonat (DEC) | Xətti | -74.3 | 126 | 2,805 | 0.75 | |
| Etil Metil Karbonat (EMC) | Xətti | -53.0 | 110 | 2,958 | 0.65 |
Hal-hazırda elektrolitlərdə alkil karbonat həlledicilərdən geniş istifadə olunur. Bu həlledicilər yaxşı oksidləşmə müqavimətinə malikdir və yüksək gərginlik şəraitində əla sabitlik nümayiş etdirir. Etilen karbonat və propilen karbonat kimi siklik karbonatlar yüksək dielektrik sabitləri ilə tanınır, yəni litium duzlarını daha effektiv həll edə bilirlər; lakin, güclü molekullararası qüvvələr səbəbindən bu həlledicilər yüksək özlülüyə malikdir, bu da onların daxilində litium ionlarının hərəkətini ləngidir. Bunun əksinə olaraq, dimetil karbonat və dietil karbonat kimi zəncirvari karbonatların özlülükləri daha aşağı olsa da, nisbətən aşağı dielektrik sabitlərə malikdir, bu da litium duzları üçün nisbətən zəif həlletmə səmərəliliyi ilə nəticələnir. Buna görə də, üstün ion keçiriciliyi olan məhlul sistemləri hazırlamaq üçün PC+DEC və ya EC+DMC birləşmələri kimi müxtəlif növ həlledicilər tez-tez qarışdırılır. Elektrolitdəki litium ionlarının mənbəyi kimi litium duzları litium ion batareyalarının doldurulması və boşaldılması prosesində litium-ionlarının daşınmasında böyük rol oynayır. Onların performansı enerji sıxlığı, enerji sıxlığı, işləmə gərginliyi diapazonu, dövriyyə müddəti və təhlükəsizlik daxil olmaqla, litium-ion batareyaların{10}}bir çox aspektlərinə birbaşa təsir göstərir. Hal-hazırda, laboratoriya tədqiqatlarında və sənaye praktikasında adətən böyük anion radiuslu və yüksək redoks sabitliyinə malik litium duzları seçilir. Kimyəvi tərkibinə görə litium duzlarını iki kateqoriyaya bölmək olar: qeyri-üzvi litium duzları və üzvi litium duzları. LiPF6, LiClO4, LIBF və LIASF daxil olmaqla bir neçə qeyri-üzvi litium duzları hazırlanmışdır. Bunun əksinə olaraq, litium ion batareyalarında ümumi istifadə edilən üzvi litium duzları bu qeyri-üzvi litium duzlarının anionlarına, məsələn, litium dioksalato-borat (LiBOB), litium{0}to{0}borat{0}olaraq{18}}elektron çəkən qruplar əlavə etməklə hazırlanır. ([iODFB]), litium difluorosulfonilimid (LiFSI) və litium ditrifluorometilsulfonilimid (LTFSI). Aşağıdakı cədvəl litium{22}}ion batareyalarında bir neçə çox istifadə edilən litium duzlarının müvafiq fiziki-kimyəvi xassələrini göstərir.
| Kateqoriya | Litium duzu | Molekulyar çəki (q/mol) | Karbonatlarda həll olunur? | Suda həll olunur? | Elektrik keçiriciliyi (1 mol/L, EC/DMC, 20 dərəcə) (mS/sm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Qeyri-üzvi litium duzları | LiPF₆ | 151.91 | Bəli | Bəli | 10.00 |
| LiBF₄ | 93.74 | Bəli | Bəli | 4.50 | |
| LiClO₄ | 106.40 | Bəli | Bəli | 9.00 | |
| Üzvi litium duzları | LiTFSI | 287.08 | Bəli | Bəli | 6.18 |
| LiFSI | 187.07 | Bəli | Bəli | 10.40 | |
| LiBOB | 193.79 | Bəli | Bəli | 0.65 |
Aşqarlar, xüsusi funksiyaları olan və batareyanın elektrokimyəvi xüsusiyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilən aşağı konsentrasiyalarda (adətən kütlənin 10% -dən çox olmayan) elektrolitə əlavə edilən maddələrdir. Funksiyalarına əsasən, bu əlavələri bir neçə kateqoriyaya bölmək olar: plyonka əmələ gətirən-aşqarlar, alov gecikdirənlər və həddindən artıq yüklənmənin qarşısını almaq üçün əlavələr. Bundan əlavə, keçiriciliyi artırmaq, aşağı{4}}temperatur şəraitində performansı optimallaşdırmaq və ya elektrolit məhlulunda iz miqdarına və HF konsentrasiyalarına nəzarət etmək üçün istifadə edilən əlavələr var.