Der Elektrolyt als Grundlage für Ionen-Lithium-Batterien spielt eine Schlüsselrolle für den Transport der positiven Lithiumionen zwischen Kathode und Anode und folglich für die Lade- und Entladeleistung der Batterie. Daher muss es auf mögliche Verunreinigungen überprüft werden. Gleichzeitig ist der Elektrolyt auch ein Probentyp, der die Untersuchung von Alterungsprozessen ermöglicht, da sich in ihm mit der Zeit Abbauprodukte aus allen Komponenten der Batterie anreichern können.
Der Elektrolyt besteht aus einem Leitsalz in einem organischen Lösungsmittel
Das häufigste Elektrolytsalz ist Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6), aber es gibt auch Lithiumperchlorat (LiClO₄), Lithiumtetrafluorborat (LiBF₄), Lithiumhexafluorarsenat (LiAsF₆), Lithiumhexafluorosilikat (LiSiF₆) und Lithiumtetraphenylborat (LiB(C₆H₅)₄). Der Elektrolyt in Lithium-Ionen-Batterien ist häufig eine Mischung aus Lithiumsalzen und zusätzlichen organischen Lösungsmitteln.
In Anbetracht der Vielfalt der chemischen Verbindungen im Elektrolyten (Salze, ionische Spezies, organische Lösungsmittel, Metalle usw.) sind je nach analytischer Herausforderung unterschiedliche Analysemethoden erforderlich. So können beispielsweise die Anionen von Lithiumsalzen durch Ionenchromatographie (IC) bestimmt werden, um sicherzustellen, dass die Lösungen in den richtigen Konzentrationen hergestellt wurden. Mit Hilfe der Gaschromatographie oder der Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) lässt sich die qualitative und quantitative Zusammensetzung der organischen Lösungsmittel im Elektrolyten und der Alterungsnebenprodukte ermitteln.
Der Elektrolyt spielt eine Schlüsselrolle beim Transport der positiven Lithium-Ionen zwischen Kathode und Anode
Der am häufigsten verwendete Elektrolyt besteht aus einem Lithiumsalz, z. B. LiPF6, in einer organischen Lösung.
Der Elektrolyt wird als Flüssigkeit aufgetragen, was einen Mischprozess erfordert. Dieser Prozess soll sicherstellen, dass die Komponenten, aus denen Elektrolyt besteht, richtig gemischt sind. Daher ist eine gute Durchmischung mit einem geeigneten Rührwerk von großer Bedeutung!
Der Elektrolyt spielt eine zentrale Rolle als einer der vier Hauptbestandteile einer Batterie
Eine Ionen-Lithium-Batterie verwendet flüssige Elektrolyte. Es ermöglicht die Bewegung von Lithium-Ionen (Li+) zwischen Anode und Kathode, stabilisiert Kathoden- und Anodenoberflächen, verlängert die Lebensdauer der Batterie und verbessert die Leistung der Zellen!
Kurz gesagt, dienen flüssige Elektrolyte als „Flüssigkeit, die die Bewegung von Lithiumionen“ zwischen Kathode und Anode ermöglicht. Elektrolyt ist der beste Treiber, der schnell und sicher für Lithium-Ionen fährt.
Flüssige Elektrolyte bestehen aus Lithiumsalz, organischem Lösungsmittel und Additiven
Das am häufigsten verwendete Lithiumsalz ist LiPF6 (bestehend aus Lithium-Phosphat-Fluor). LiPF6 bietet eine bessere Ionenbewegung, Auflösung und höhere chemische Stabilität.
Lithiumsalz, Durchgang von Lithium-Ionen
Lithiumsalz dient als Durchgang für Lithium-Ionen. Daher sollten die Lithiumionen durch richtiges Mischen leicht aufgelöst und in einem Lösungsmittel dissoziiert werden. Diese dissoziierten Ionen bewegen sich dann reibungslos und werden ordnungsgemäß in die Flüssigkeit gemischt.
Organisches Lösungsmittel, die Flüssigkeit, die das Lithiumsalz auflöst
Das organische Lösungsmittel löst das Lithiumsalz auf, wenn es mit einem Rührwerk richtig gemischt wird, und hilft den Lithium-Ionen, sich leicht zu bewegen. Für organische Lösungsmittel gibt es einige Anforderungen. Organische Lösungsmittel sollten eine hohe Löslichkeit für Lithiumsalz aufweisen, um ionische Verbindungen zu trennen, und eine niedrige Viskosität, um eine reibungslose Bewegung der Lithiumionen zu ermöglichen.
Sie variiert je nach Lösungsmittel, aber um eine hohe Ionenleitfähigkeit zu erreichen, sollte die Kombination von zyklischem Carbonat mit hoher Löslichkeit für Lithiumsalz und Kettencarbonat mit niedriger Viskosität in Betracht gezogen werden.
Außerdem sollte ein Lösungsmittel eine geringe chemische Reaktivität aufweisen. Lithium reagiert oft auf Wasser, daher sollte das Lösungsmittel flüssiger Elektrolyte nicht auf Wasser reagieren. Einige der in der Elektrolytlösung verwendeten organischen Lösungsmittel sind Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat, Methylformiat, Methylacrylat, Methylbutylat und Ethylacetat.
Und nun kommen wir zu dem Zusatzstoff;
Das Additiv, eine Substanz, die über flüssige Elektrolyte entscheidet.
Das Additiv, eine Substanz, die in kleinen Mengen zugesetzt wird, bildet einen Schutzfilm auf der Kathoden- und Anodenoberfläche der Ionen-Lithium-Batterie. Es trägt zu einer reibungslosen Bewegung der Lithium-Ionen zwischen Kathode und Anode bei und verhindert eine Verschlechterung der Batterie.
Zusatzstoffe werden in zwei Kategorien unterteilt: Die Kathoden- und die Anodenadditive. Kathodenadditive stabilisieren die Kathodenstruktur und schützen die Oberfläche, um die Alterung der Batterie zu verhindern und so Überhitzung und Überladung zu vermeiden. Zusatzstoffe wie Vinylencarbonat (VC) und Fluorethylencarbonat (FEC) werden üblicherweise dem Elektrolyten zugesetzt, um die Gesamtleistung von Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern. Vinylencarbonat wird häufig als Elektrolytzusatz für Lithium-Ionen-Batterien verwendet, wo es die Bildung eines unlöslichen Films zwischen dem Elektrolyten und der negativen Elektrode fördert: die SEI (solid-electrolyte-interface). Dieser Polymerfilm ermöglicht die Ionenleitung, verhindert aber die Reduktion des Elektrolyten an der negativen Elektrode (Graphit) und trägt wesentlich zur Langzeitstabilität von Lithium-Ionen-Batterien bei.
Die Anodenadditive werden früher als ein Lösungsmittel aufgelöst und bilden einen starken Film in der Anode, der die Lebensdauer verlängert, Überhitzung verhindert und die Batteriekapazität erhält.
Sowohl die Kathoden- als auch die Anodenzusätze sollten in den flüssigen Elektrolyten mit Hilfe eines gut ausgewählten Rührwerks gut gelöst und chemisch stabil sein. Daher werden je nach den erforderlichen Spezifikationen oder den verschiedenen Zwecken unterschiedliche Zusatzstoffe verwendet.
Zusatzstoffe nehmen jedoch nur einen kleinen Teil des flüssigen Elektrolyten ein. Dennoch spielen sie eine entscheidende Rolle im gesamten System, da sie die Lebensdauer verlängern, die Probleme bei hohen Temperaturen verbessern und den Widerstand verringern.
Flüssigelektrolyt ist „ein Medium, das Lithiumionen schnell und sicher bewegt“, also sollte es in der Lage sein, Ionen reibungslos zu bewegen. Und es sollte chemisch elektrisch stabil sein, um die Batterieleistung nicht zu beeinträchtigen.
Denn in manchen Fällen haben flüssige Elektrolyte eine Nebenreaktion, während die Batterie betrieben wird. Der Gefrierpunkt sollte niedrig und der Siedepunkt hoch sein, damit die Batterie jederzeit funktionieren kann.
Welche Art von Rührwerk oder Mischelementen ist nun die beste Wahl, um sicherzustellen, dass die Zutaten für den Elektrolyten richtig vermischt werden?
Jongia Mixing Technology hat viel Erfahrung bei der Auswahl geeigneter Mischer für die Herstellung von Elektrolyten. Da die Viskosität der Komponenten für den Elektrolyten recht niedrig ist und ein Absinken der Lithiumchloride vermieden werden soll, wählt Jongia Mixing Technology ein Rührwerk mit mehrstufigen Mischelementen mit axialen Mischturbinen. Diese Turbinen erzeugen eine ausreichende Strömung von oben nach unten, ohne eine zu hohe Scherung zu haben, und verbrauchen die geringste Energie. Wenn der Elektrolytbehälter eine konische oder kugelförmige Bodenform hat, fügt Jongia einen Restrührer hinzu, um sicherzustellen, dass alle Komponenten im gesamten Volumen des Elektrolytbehälters richtig vermischt werden.
Was ist bei der Auswahl des optimalen Elektrolytmischers von großer Bedeutung?
Die Geometrie des Elektrolytbehälters in Kombination mit der Abweichung der Elektrolytkomponenten sollte klar sein, um das am besten geeignete Rührwerk auszuwählen.
Jongia Mixing Technology ist immer in der Lage, bei der Auswahl der Rührwerkskonfiguration zu helfen. Wenden Sie sich einfach an Jongia und bitten Sie um Unterstützung.
Wir sind jederzeit für Ihre Mixeranfragen erreichbar.
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