Elektrolyt als basis voor ion-lithiumbatterijen speelt een sleutelrol bij het transport van de positieve lithiumionen tussen de kathode en de anode, en bijgevolg bij het laden en ontladen van de batterij. Daarom moet het worden gecontroleerd op mogelijke onzuiverheden. Tegelijkertijd is de elektrolyt ook een monstertype waarmee verouderingsprocessen kunnen worden onderzocht, aangezien de afbraakproducten van alle componenten van de batterij zich daarin in de loop der tijd kunnen ophopen.
Elektrolyt bestaat uit een geleidend zout in een organisch oplosmiddel
Het meest voorkomende elektrolytzout is lithiumhexafluorofosfaat (LiPF6), maar er zijn ook lithiumperchloraat (LiClO₄), lithiumtetrafluoroborate (LiBF₄), lithiumhexafluorarsenaat (LiAsF₆), lithiumhexafluorosilicaat (LiSiF₆) en lithiumtetraphenylboraat (LiB(C₆H₅)₄). Elektrolyt in lithium-ionbatterijen is vaak een mengsel van lithiumzouten en bijkomende organische oplosmiddelen.
Gezien de verscheidenheid aan chemische verbindingen in de elektrolyt (zouten, ionische verbindingen, organische oplosmiddelen, metalen, enz. Zo kunnen de anionen van lithiumzouten worden bepaald met behulp van ionchromatografie (IC) om er zeker van te zijn dat de oplossingen in de juiste concentraties zijn bereid. Gaschromatografie of gaschromatografie-massaspectrometrie (GC-MS) kan worden gebruikt om de kwalitatieve en kwantitatieve samenstelling van organische oplosmiddelen in de elektrolyt en verouderingsbijproducten te bepalen.
De elektrolyt speelt een sleutelrol bij het transport van de positieve lithiumionen tussen de kathode en de anode.
De meest gebruikte elektrolyt bestaat uit lithiumzout, zoals LiPF6 in een organische oplossing.
Elektrolyt wordt toegepast als een vloeistof die een mengproces vereist. Dit proces moet ervoor zorgen dat de bestanddelen waaruit Elektrolyt is opgebouwd, goed worden gemengd. Goed mengen met een geschikt type roerwerk is dus van groot belang!
De elektrolyt speelt een centrale rol als een van de vier belangrijkste componenten van een batterij
Een ion-lithium batterij maakt gebruik van vloeibare elektrolyten. Het laat lithiumionen (Li+) bewegen tussen anode en kathode, stabiliseert kathode- en anodeoppervlakken, verlengt de levensduur van de batterij en verbetert de celprestaties!
Kort gezegd dienen vloeibare elektrolyten als “een vloeistof die de beweging van lithiumionen mogelijk maakt” tussen kathode en anode. Elektrolyt is de beste driver die snel en veilig rijdt voor lithium-ionen.
Vloeibare elektrolyten bestaan uit lithiumzout, organisch oplosmiddel en additieven.
Het meest gebruikte lithiumzout is LiPF6 (samengesteld uit lithium-fosfaat-fluor). LiPF6 biedt een betere ionenbeweging, oplossing en hogere chemische stabiliteit.
Lithiumzout, passage van lithiumionen
Lithiumzout dient als doorgang voor lithiumionen. De lithium-ionen moeten dus gemakkelijk worden opgelost door middel van goede menging en gedissocieerd in een oplosmiddel. Deze gedissocieerde ionen zullen dan soepel bewegen, terwijl ze goed gemengd worden in de vloeistof.
Organisch oplosmiddel, de vloeistof die lithiumzout oplost
Organisch oplosmiddel lost lithiumzout op wanneer dit goed wordt gemengd door een roerwerk en helpt lithiumionen gemakkelijk te verplaatsen. Er zijn enkele vereisten voor organische oplosmiddelen. Organische oplosmiddelen moeten een hoge oplosbaarheid hebben voor lithiumzout om ionische verbindingen te scheiden, en een lage viscositeit voor een soepele beweging van lithiumionen.
Het verschilt per oplosmiddel, maar om een hoge ionische geleidbaarheid te hebben, moet de combinatie van cyclisch carbonaat met hoge oplosbaarheid voor lithiumzout worden overwogen, en ketencarbonaat met lage viscositeit.
Ook moet een oplosmiddel een lage chemische reactiviteit hebben. Lithium reageert vaak op water, dus het oplosmiddel van vloeibare elektrolyten mag niet reageren op water. Enkele in de elektrolytoplossing gebruikte organische oplosmiddelen zijn ethyleencarbonaat, diethylcarbonaat, dimethylcarbonaat, ethylmethylcarbonaat, propyleencarbonaat, methylformiaat, methylacrylaat, methylbutylaat en ethylacetaat.
En nu komen we bij de toevoeging;
Het additief, een stof die vloeibare elektrolyten beslist.
Additief, een stof die in kleine hoeveelheden wordt toegevoegd, vormt een beschermende film op de kathode- en anodeoppervlakken van de Ion-Lithium Batterij. Het helpt een soepele beweging van lithium-ionen tussen kathode en anode, en voorkomt degradatie van de batterij.
Additieven worden in twee categorieën verdeeld: De kathode en anode additieven. Kathodeadditieven stabiliseren een kathodestructuur en beschermen het oppervlak om veroudering van de batterij te voorkomen, waardoor oververhitting en overlading worden tegengegaan. Additieven zoals vinylene carbonate (VC) en fluoroethylene carbonate (FEC) worden gewoonlijk aan de elektrolyt toegevoegd om de algemene prestaties van lithium-ionbatterijen te verbeteren. Vinyleencarbonaat wordt op grote schaal gebruikt als elektrolytadditief voor lithium-ionbatterijen, waar het de vorming van een onoplosbare film tussen de elektrolyt en de negatieve elektrode bevordert: het SEI (solid-electrolyte-interface). Deze polymeerfilm maakt ionische geleiding mogelijk, maar voorkomt de reductie van de elektrolyt aan de negatieve (grafiet) elektrode en draagt in belangrijke mate bij tot de stabiliteit op lange termijn van lithium-ionbatterijen.
Anodeadditieven worden eerder opgelost dan een oplosmiddel, waardoor een sterke film in de anode ontstaat die de levensduur verlengt, oververhitting voorkomt en de capaciteit van de batterij op peil houdt.
Zowel kathode- als anode-additieven moeten goed opgelost zijn in vloeibare elektrolyten door middel van een goed geselecteerd roerwerk en chemisch stabiel zijn. Daarom worden verschillende additieven gebruikt naar gelang van de vereiste specificaties of de verschillende doeleinden.
Additieven nemen echter slechts een klein deel van de vloeibare elektrolyt in beslag. Toch spelen zij een cruciale rol in het gehele systeem door een langere levensduur, betere problemen bij hoge temperaturen en minder weerstand.
Vloeibare elektrolyt is “een medium dat lithiumionen snel en veilig verplaatst”, dus moet het in staat zijn om ionen soepel te verplaatsen. En het moet chemisch elektrisch stabiel zijn om de prestaties van de batterij niet te ondermijnen.
Want in sommige gevallen hebben vloeibare elektrolyten bijwerkingen terwijl de batterij in werking is. Het vriespunt moet laag zijn en het kookpunt hoog, zodat de batterij altijd kan werken.
Welk type van agitatie of mengelementen is nu de beste keuze om ervoor te zorgen dat de ingrediënten voor de elektrolyt goed worden gemengd?
Jongia Mixing Technology heeft veel ervaring met het selecteren van geschikte mixers voor de productie van elektrolyt. Aangezien de viscositeit van de componenten voor elektrolyt vrij laag is en de lithiumchloriden niet mogen bezinken, selecteert Jongia Mixing Technology een roerwerk met meertraps mengelementen met axiale mengturbines. Deze turbines zullen voldoende top-over-bodemstroming creëren, zonder een te hoge afschuiving en met het laagste stroomverbruik. Als het elektrolytvat een conische of bolvormige bodem heeft, voegt Jongia een rustroerder toe om ervoor te zorgen dat alle componenten goed worden gemengd in het hele volume van het elektrolytvat.
Wat is van groot belang om de meest optimale elektrolytmenger te kiezen?
De geometrie van de elektrolyttank in combinatie met de afwijking van de elektrolytcomponenten moet duidelijk zijn om het meest geschikte roerwerk te selecteren.
Jongia Mixing Technology kan altijd helpen bij de selectie van de roerwerkconfiguratie. Neem gewoon contact op met Jongia en vraag om hulp.
Wij zijn altijd beschikbaar voor uw mixer verzoeken.
Neem contact met ons op: info@www.jongia.com of bezoek de pagina Batterijen op onze website voor meer artikelen over Ion-Lithium batterijen.
Dit artikel is geschreven door gebruik te maken van bepaalde informatie afkomstig van de volgende websites: Samsungsdi.com en Wikipedia
Contacteer ons gespecialiseerde team voor al uw vragen
Bart Brouwer
Area Sales Manager
Area Worldwide
Sijko van der Veen
Application Engineer
Technical Specialist
Technische Vragen?
Jan Siert Tjeerdsma
Project Manager
Technical Specialist
Gerelateerde Artikelen
Is Natrium-Ion de volgende generatie duurzame batterijen?
De natrium-ion batterij (NIB of SIB) is een type oplaadbare batterij die natriumionen (Na+) gebruikt als ladingdragers. Het werkingsprincipe en de celconstructie zijn bijna identiek aan die van lithium-ion batterijtypes (LIB), maar vervangen het lithium materiaal door natrium natrium.
Wat is het recyclingproces voor lithium
De huidige commerciële lithium-ionbatterijen bevatten voornamelijk overgangsmetaaloxiden of -fosfaten, aluminium, koper, grafiet, organische elektrolyten die schadelijke lithiumzouten bevatten, en andere chemicaliën. Veel onderzoekers besteden daarom steeds meer aandacht aan de recycling en het hergebruik van gebruikte lithium-ionbatterijen. Vanwege de hoge
Het mengen van de juiste Ion-Lithium Batterij Slurry is een uitdaging
Lithiumbatterijtechnologieën voor elektrische voertuigen maken gebruik van lithium-ionen als ladingsdrager. Afhankelijk van de technische eisen van de toepassing, wordt lithium gebruikt met verschillende chemische materialen zoals grafiet voor de anode en nikkel-, mangaan- of kobaltoxiden voor de kathode. Al deze
