Electroliți pentru bateriile cu litiu și litiu-ion ”Johnson Matthey Technology Review

ARTICOLE SIMILARE

Johnson Matthey Technol. Rev. 2015, 59, (1), 30

„Electrolite pentru baterii litiu și litiu-ion”

Editat de T. Richard Jow, Kang Xu, Oleg Borodin (US Army Research Laboratory, SUA) și Makoto Ue (Mitsubishi Chemical Corporation, Japonia), Seria: Aspecte moderne ale electrochimiei, vol. 58, Springer Science + Business Media, New York, SUA, 2014, 476 de pagini, ISBN: 978-1-4939-0301-6, 117,00 GBP, 179,00 USD, 135,19 EUR

Recenzat de Sarah Ball
Johnson Matthey Technology Center, Blounts Court, Sonning Common, Reading, RG4 9NH, Marea Britanie Email: [email protected]

Sinopsis al articolului

„Electrolite pentru baterii cu litiu și litiu-ion”, publicat în 2014 de Springer, este Volumul 58 din seria Aspecte moderne ale electrochimiei. Volumul este editat de T. Richard Jow, Kang Xu, Oleg Borodin și Makoto Ue. În prefață, editorii și-au stabilit scopul în compilarea acestui volum, care a fost să ofere o imagine de ansamblu cuprinzătoare a electroliților pentru bateriile litiu-ion. Acoperă cercetarea și dezvoltarea electroliților în ultimii zece ani și poate fi folosit ca bază pentru lucrări și direcții viitoare. Volumul reușește să acopere zona multifacetică a electroliților într-un mod logic și extrem de cuprinzător.

Subiectele capitolului includ sărurile de litiu, progresele în solvenți, aditivi și lichide ionice, apoi progresul către înțelegerea interfazelor catodice și anodice, revizuirea diverselor abordări de caracterizare, o discuție despre abordările de modelare și, în cele din urmă, tehnologiile viitoare, cum ar fi bateriile cu aer cu litiu.

Săruri, solvenți și aditivi

Capitolul 1, „Electroliți nonsecși: avansuri în sărurile de litiu” de Wesley A. Henderson (Pacific Northwest National Laboratory, SUA) începe cu informații despre proprietățile de sare dorite, cum ar fi conductivitatea ionică, solubilitatea, stabilitatea (la oxidare și hidroliză) și capacitatea de a se forma o interfază optimă la electrozi. Capitolul oferă apoi o acoperire extrem de cuprinzătoare a diferitelor tipuri de săruri de litiu și a proprietăților lor, variind de la săruri stabilite precum hexafluorofosfatul de litiu (LiPF6) și bis (bistrifluorometansulfonil) imida de litiu (LiTFSI) până la exemple mai avansate, inclusiv organoborați, fosfați și aluminați. . Diagramele structurale sunt incluse pentru toate exemplele care ajută foarte mult cititorul și capitolul se încheie prin evidențierea criteriilor de adoptare pentru săruri noi; capitolul include și peste 700 de referințe.

Capitolul 2, „Electroliți nonsecși cu progrese în solvenți” de Makoto Ue, Yukio Sasaki (Tokyo Polytechnic University, Japonia), Yasutaka Tanaka (Universitatea Shizuoka, Japonia) și Masayuki Morita (Universitatea Yamaguchi, Japonia), analizează proprietățile importante ale solventului, inclusiv conductivitate electrolitică, stabilitate chimică și electrochimică ridicată, gamă largă de temperatură de funcționare și siguranță ridicată. Sunt prezentate diagrame de fază pentru o gamă de amestecuri de solvenți și proprietăți precum vâscozitatea, conductivitatea și stabilitatea sunt discutate pentru o gamă de carbonați ciclici și liniari și versiunile fluorurate ale acestora. Este discutată cerința tipică de a amesteca cel puțin doi electroliți împreună pentru a obține proprietăți optime, de exemplu o combinație a unui carbonat ciclic (constantă dielectrică ridicată pentru a ajuta la disocierea sării) și a unui carbonat liniar (pentru a reduce vâscozitatea), împreună cu beneficiile solvenților fluorurați pentru a crește performanța și stabilitatea electrochimică, utilizarea organoboraților pentru a reduce greutatea, costul și toxicitatea și adăugarea de fosfați ca ignifugi. Se analizează, de asemenea, electroliții din gel polimeric și solvenții care conțin sulf.

Capitolul 3, „Electroliți nonași și avansuri în aditivi” de Koji Abe (UBE Industries Ltd, Japonia), este parțial spus dintr-o perspectivă istorică, dar clasifică și diferitele tipuri de aditivi în funcție de funcția și siguranța lor. Se discută despre adăugarea intenționată de aditivi pentru controlul interfazei electrolitului solid (SEI) prin formarea unui strat subțire controlat cu rezistență mai mică la mobilitatea Li și aditivi pentru formarea unei interfaze catodice stabile. Aspecte de siguranță, cum ar fi adăugarea de specii care pot preveni fuga termică prin polimerizarea suprafeței și aditivi, cum ar fi navetele redox (de exemplu, anisoli) și alte abordări pentru protecția la supraîncărcare și aditivi ignifugi, cum ar fi fosfații, sunt, de asemenea, revizuite.

Capitolul 4, „Progrese recente în lichidele ionice pentru bateriile secundare cu litiu” de Hajime Matsumoto (Institutul Național de Științe și Tehnologii Industriale Avansate (AIST), Japonia) descrie proprietățile benefice ale lichidelor ionice (IL), cum ar fi inflamabilitatea și volatilitatea reduse și capacele exemple de utilizare exploratorie a acestora în celule complete. Evoluții recente importante sunt formularea de noi anioni (în special versiunile asimetrice) care au impact asupra vâscozității și îmbunătățesc mobilitatea/conductivitatea, pentru a obține performanțe comparabile cu electroliții convenționali care utilizează IL-uri. Stabilitatea ridicată raportată pentru IL în analiza componentelor individuale (descompunere termică) se arată, de asemenea, redusă în prezența componentelor active ale bateriei, ilustrând importanța scenariilor de testare realiste.

Interfețe și chimie de suprafață

Capitolul 5, „Interfețe între electroliți și anodi în bateria Li-Ion” de Mengqing Xu, Lidan Xing și Weishan Li (South China Normal University) acoperă interfaza electrodului anodic (denumită SEI). Începe cu o prezentare istorică a lucrărilor inițiale cu anodii Li și grafit, subliniind modul în care interfaza instabilă formată cu electroliți de grafit și carbonat de propilenă (PC) a împiedicat studiile inițiale și a fost revoluționată de schimbarea în carbonat de etilenă (CE) și alți electroliți care formează un SEI stabil cu anodi de grafit. Se discută despre mecanismele de formare a SEI (bidimensional (2D) și tridimensional (3D)) și de reducere a diferitelor specii de solvent carbonat liniar și ciclic care creează SEI și se descriu barierele energetice în mișcarea Li prin interfază (figura 1). În plus, sunt discutate diverse tehnici de caracterizare (inclusiv rezonanța magnetică nucleară (RMN) și spectroscopia fotoelectronică cu raze X (XPS)) pentru a explora compoziția SEI. Extinderea la anodi mai avansați, cum ar fi siliciu și aditivi pentru a ajuta la formarea SEI pentru diferite sisteme, sunt de asemenea acoperite.