Scignificato de l’elettrolito de batteria à iòni de litio-?

◆Quæ son i elettroliti aquoxi?

◆Introduçion a-i elettroliti sòlidi

L'elettrolito, un componente indispensabile debattëie à iòni de litio, o zeuga un ròllo fondamentale inti çicli de carrega-descarrega da batteria.

O no l’é solo che responsabile do traspòrto effiçente di ioin de litio e da conduçion da corrente, ma o l’à ascì de propietæ d’isolamento elettrònico pe prevëgnî effettivamente o flusso diretto d’elettroin tra i elettrodi poxitivi e negativi. In senso figurativo, l’elettrolito o l’é comme o «sangue» drento de unna batteria à iòni de litio, ch’o l’assegua a connettivitæ tra i materiali de l’elettrodo poxitivo e negativo, e o garantisce coscì o progresso liscio de l’intrego proçesso de carrega.

Un elettrolito ideale pe unna batteria à iòni de litio o dovieiva soddisfâ i çinque requixii che vëgnan apreuvo:

Con e domande sempre ciù grende de denscitæ d’energia e denscitæ de potensa de battëie, a tecnologia de battëie a se sviluppa a-a spedia e i materiali di elettrodi an fæto di progresci stramesuæ. Pe contra, o sviluppo di scistemi d’elettroliti o l’é arrestou apreuvo. A-o momento o sviluppo d’elettroliti de battëie à ioin de litio o peu vegnî clascificou pe commun inte træ qualitæ: elettroliti solventi no acquoxi, elettroliti acquoxi e elettroliti à stato sòlido.

Elettrolito solvente no -acquoso

 

I elettroliti solventi no acquoxi inte battëie à iòni de litio fan referensa à di scistemi d’elettroliti che no contëgnan d’ægua, compòsti pe-o ciù da solventi, soluti (pe-o sòlito de sæ de litio) e additivi. Sti solventi no aquoxi en tipicamente di solventi organichi, ciufito che di solventi aquoxi, pe schivâ l’elettrolixi de l’ægua ò e reaçioin negative co-i materiali d’elettrodi. I sæ de litio son i portatoî primmäi pe-o traspòrto di ioin de litio, i solventi servan comme dissoluçion, disperscion e sostëgno a-i sæ de litio e i additivi fonçioñan sorviatutto pe megioâ a prestaçion elettrochimica ò a seguessa de battëie à ioin de litio.

I elettroliti disponibili in sciô mercou (saieiva à dî elettroliti liquidi) deuviæ inte battëie à iòni de litio en compòsti pe-o ciù da un ò ciù sæ de litio deslenguæ inte doî ò ciù solventi organichi; i elettroliti compòsti da un solo solvente en assæ ræi. A raxon pe deuviâ ciù solventi a l’é che e battëie do mondo reale an di requixii despægi, fiña contradittoî, che son diffiçili da soddisfâ pe mezo de un solo solvente. Pe fâ un exempio, i elettroliti peuan avei de beseugno d’unn’erta fluiditæ tanto ch’an unn’erta constante dielettrica; donca, di solventi con de propietæ fixicochimiche despæge vëgnan deuviæ tante vòtte in combinaçion, e mostran de caratteristiche despæge a-o mæximo tempo. Pe de ciù, i sæ de litio pe-o sòlito no vëgnan deuviæ a-o mæximo tempo perché a seleçion di sæ de litio a l’é limitâ e i seu avvantaggi no son evidenti de lengê.

I solventi organichi ideali dovieivan avei e propietæ ciave che vëgnan apreuvo: pe primma cösa, an beseugno de unn’erta constante dielettrica pe garantî unna boña dissoluçion de sæ de litio; in segondo leugo, dovieivan avei un basso ponto de fuxon e un erto ponto de bollimento pe allargâ a gamma de temperatua de fonçionamento de l’elettrolito; terso, a bassa viscoscitæ a l’aggiutta à promeuve unna migraçion efficaçe di ioin de litio into mezzo; e pe finî, sti solventi dovieivan ëse econòmichi e avei unna bassa teuscega (idealmente no-teuscega). I compòsti de carbonato, comme un di primmi e ciù deuviæ solventi organichi inte l’industria de battëie à ioni de litio, òccupan unna poxiçion fondamentale into campo di elettroliti de battëie.

A-o momento sto tipo de solvente o comprende pe-o ciù doe forme strutturale: çiclica e à cadeña. A tabella chì sotta a ressumme i parametri fixichi relevanti de diversci solventi no aquoxi, elettroliti e solventi organichi deuviæ pe commun.

A-o momento i solventi de carbonato d’alchil vëgnan deuviæ pe coscì inti elettroliti. Sti solventi an unna boña rexistensa à l’oscidaçion e mostran unn’eccellente stabilitæ inte condiçioin d’erta tenscion. I carbonati çiclichi, comme o carbonato d’etilene e o carbonato de propilene, en conosciui pe-e seu erte constante dielettriche, cösa ch’a veu dî che peuan deslenguâ e sæ de litio de forma ciù efficaçe; à tutti i mòddi, apreuvo à de fòrte fòrse intermolecolare, sti solventi an unn’erta viscoscitæ, ch’a rallenta o movimento di ioin de litio drento de liatri. Pe contra, i carbonati à cadeña, comme o carbonato de dimetil e o carbonato de dietili, sciben ch’an unna viscoscitæ ciù bassa, an ascì de constante dielettriche relativamente basse, co-o resultato de unn’effiçensa de dissoluçion relativamente scarsa pe-e sæ de litio. De conseguensa, pe preparâ di scistemi de soluçioin con unna conduttivitæ iònica superioe, tante vòtte se mesccia diversci tipi de solventi, comme e combinaçioin PC+DEC ò EC+DMC. I sæ de litio, comme vivagne de ioin de litio inte l’elettrolito, zeugan un ròllo importante into traspòrto di ioin de litio durante o proçesso de carrega e descarrega de battëie à ioin de litio. A seu prestaçion a l’influisce direttamente in sce tanti aspeti de battëie à iòni de litio, comme a denscitæ d’energia, a denscitæ de potensa, a gamma de tenscion de fonçionamento, a duâ do çiclo e a seguessa. A-o momento, inta reçerca de laboratöio e inta prattica industriale, pe-o sòlito vëgne seleçionou di sæ de litio con di gren raggi aniònichi e unn’erta stabilitæ redox. In sciâ base da seu compoxiçion chimica, i sæ de litio peuan vegnî clascificæ pe commun inte doe categorie: sæ de litio inorganichi e sæ de litio organichi. L’é stæto sviluppou diversci sæ de litio inorganichi, comme LiPF6, LiClO4, LIBF e LIASF. Pe contra, i sæ de litio organichi deuviæ pe commun inte battëie à iòni de litio vëgnan formolæ con l’azzonta de gruppi de retraçion d’elettroin a-i anioin de ste sæ de litio inorganichi, comme o diossalato de litio (LiBOB), o difluo2B de litio. difluorosulfonilimide de litio (LiFSI) e ditrifluorometilsulfonilimide de litio (LTFSI). A tabella chì sotta a mostra e propietæ fixicochimiche relevante de diverse sæ de litio deuviæ pe commun inte battëie à iòni de litio.

I additivi en de sostase azzonte à l’elettrolito à basse conçentraçioin (pe-o sòlito no ciù do 10% de massa) ch’an de fonçioin speçifiche e peuan megioâ de forma scignificativa e caratteristiche elettrochimiche da batteria. In sciâ base de seu fonçioin, sti additivi peuan vegnî clascificæ pe commun inte diverse categorie: additivi che forman pellicole, retardanti de sciamma e additivi pe prevegnî a sovracarrega. Pe de ciù, gh’é di additivi deuviæ pe megioâ a conduttivitæ, ottimizzâ a prestaçion inte condiçioin de temperatua bassa ò controllâ e quantitæ de tracce e e conçentraçioin de HF inta soluçion d’elettrolito.