¿Dónde comprar electrolito para baterías? En primer lugar, debe conocer los requisitos del electrolito para baterías

El electrolito desempeña un papel insustituible en diversos dispositivos electroquímicos de almacenamiento de energía, especialmente en la batería de litio de alta densidad energética. Si desea comprar electrolito de bateríaEn primer lugar, hay que saber qué requisitos deben cumplir los electrolitos para conseguir un buen rendimiento de las pilas.

Requisitos básicos del electrolito de la batería

El electrolito utilizado en batería de iones de litio deben cumplir los siguientes requisitos básicos, que son los factores que deben tenerse en cuenta para medir el rendimiento de los electrolitos, y también son las condiciones previas importantes para lograr un alto rendimiento, una baja resistencia interna, un bajo precio, una larga vida útil y la seguridad de la batería de iones de litio.

① Alta conductividad iónica en un amplio rango de temperaturas y, por tanto, gran número de iones de litio migran,para reducir la polarización de la concentración en el proceso de carga y descarga de la batería.

② Buena estabilidad térmica, para garantizar que la batería funcione en el rango de temperatura adecuado.

③ Amplia ventana electroquímica, preferiblemente 0-5V ventana de estabilidad electroquímica para asegurar que el electrolito en los polos no se producen reacciones laterales significativas, para cumplir con la unicidadde la reacción del electrodo en el proceso electroquímico.

④ Cuando el electrolito de la batería se utiliza en lugar del diafragma, también debe tener buenas propiedades mecánicas y rendimiento mecanizable.

⑤ Bajo coste de precio

⑥ Alta seguridad, alto punto de inflamación o no combustión.

⑦ Sin contaminación tóxica, no daña el medio ambiente.

Clasificación del electrolito de las baterías de iones de litio

El electrolito de las baterías de litio puede dividirse en electrolito líquido, electrolito sólido y electrolito compuesto sólido-líquido según el estado de existencia del electrolito.

El electrolito sólido incluye el electrolito polimérico sólido y el electrolito sólido inorgánico, y el electrolito compuesto sólido-líquido es un electrolito en gel compuesto de polímero sólido y electrolito líquido.

En la tabla se comparan las propiedades básicas de los distintos sistemas de electrolitos para baterías. Puede verse que los distintos tipos de electrolitos de baterías de iones de litio tienen sus propias ventajas, pero también sus propios defectos.

Electrolito líquido orgánico

Los electrolitos obtenidos por disolución del electrolito de litio en disolvente orgánico aprótico polar, este tipo de electrolito para baterías tienen buena estabilidad electroquímica, bajo punto de congelación y alto punto de ebullición, y pueden utilizarse en un amplio rango de temperaturas.

Sin embargo, los disolventes orgánicos tienen baja constante dieléctrica, alta viscosidad, poca capacidad para disolver electrolitos de sales inorgánicas, baja conductividad y son especialmente sensibles a las trazas de agua.

La batería de litio líquida orgánica es fácil de derramar, el producto debe utilizar una carcasa metálica sólida, el tamaño del modelo es fijo y carece de flexibilidad. La inflamabilidad del disolvente orgánico provoca su escasa seguridad, las medidas de protección de la batería deben ser muy perfectas.

Electrolito líquido iónico a temperatura ambiente

Un material o medio funcional compuesto de cationes y aniones específicos que es líquido a temperatura ambiente o cercana a la temperatura ambiente tiene ventajas excepcionales como alta conductividad, baja presión de vapor, amplio rango líquido, buena estabilidad química y electroquímica, no contamina y es fácil de recuperar.

La sal fundida a temperatura ambiente puede utilizarse como electrolito de la batería de iones de litio para mejorar la seguridad de la batería en condiciones de alta densidad de potencia y eliminar por completo el riesgo potencial para la seguridad de la batería.

De este modo, el aplicación de la batería de litio en grandes sistemas de alimentación, como vehículos eléctricos u otras condiciones especiales posibles .

Electrolito polimérico sólido

Con incombustible, baja reactividad entre el material del electrodo y mejor tenacidad, electrolito de la batería de polímero sólido puede superar la batería de iones de litio líquido de las deficiencias anteriores:

Permite el cambio de volumen del proceso de descarga del material del electrodo, más que la resistencia del electrolito líquido a los golpes, vibraciones y deformaciones, fácil de procesar el moldeo. Puede hacer diferentes formas de acuerdo a las diferentes necesidades de la batería.

Electrolito en gel

Se introdujeron plastificantes líquidos, como PC EC, en la matriz polimérica para obtener un electrolito de gel compuesto sólido-líquido. El electrolito ternario de batería compuesto de polímero de litio y disolvente orgánico polar tiene las propiedades tanto de electrolito sólido como de electrolito líquido.

Electrolito sólido inorgánico

El electrolito sólido inorgánico es un material sólido con alta conductividad iónica. Puede dividirse en electrolito vítreo y electrolito cerámico para baterías de iones de litio totalmente sólidas. El electrolito sólido no sólo actúa como electrolito de la batería, sino que también puede sustituir al diafragma en la batería.

Por lo tanto, el uso de la preparación de electrolito sólido inorgánico baterías de litio de estado sólido no tienen que preocuparse por el problema de fugas, las baterías pueden ser miniaturizados y miniaturizado.

Aunque en este tipo de material, el número de iones de litio de migración es grande, pero la conductividad eléctrica del electrolito en sí mucho más pequeño que el electrolito líquido.

Este material presenta la mayor impedancia de interfaz con el material eléctrico para la batería de iones de litio. Además, el electrolito sólido inorgánico es extremadamente quebradizo, lo que hace que la batería de iones de litio con el electrolito tenga un rendimiento sísmico deficiente.

La influencia del electrolito de la pila en su rendimiento

La influencia del electrolito de la batería en el rendimiento macroelectroquímico de la batería de iones de litio incluye los siguientes aspectos:

Impacto en la capacidad de la batería

Aunque el material del electrodo de la batería de iones de litio capacidad específica es un requisito previo para, pero electrolito de la batería también afectan en gran medida el electrolito capacidad irreversible de los materiales del electrodo.

Esto se debe a que la intercalación y la circulación de los materiales del electrodo siempre interactúan con el electrolito, y esta interacción tiene una influencia importante en el estado de la interfaz y la estructura interna de los materiales del electrodo.

En el proceso de funcionamiento de la batería de iones de litio, además de las reacciones redox que se producen en el cátodo y el ánodo cuando se incorporan y eliminan iones de litio.

También hay un gran número de reacciones secundarias, como la descomposición por oxidación y reducción de los electrolitos en el cátodo y el ánodo, la pasivación superficial de las sustancias activas en el electrodo y la elevada impedancia de la interfaz entre el electrodo y el electrolito.

Todos estos factores afectan a la capacidad de los materiales de electrodo en distintos grados. Por lo tanto, algunos sistemas de electrolitos de baterías pueden hacer que los materiales de electrodos muestren una excelente capacidad de incrustación y delitio, mientras que algunos sistemas de electrolitos presentan grandes daños en los materiales de electrodos.

Influencia en la resistencia interna de la batería y en el rendimiento de la tasa de carga-descarga

La resistencia interna se refiere a la resistencia de la corriente a través de la batería, incluyendo la resistencia interna óhmica y la resistencia de polarización del electrodo en el proceso electroquímico.

En el caso de las baterías de iones de litio, la resistencia interna también debe incluir la resistencia de interfaz entre el electrodo y el electrolito.

Por lo tanto, la suma de la resistencia interna de ohmios, la resistencia de la interfaz electrodo/electrolito y la resistencia interna de polarización es la resistencia interna total de la batería de iones de litio, que es un índice importante para medir el rendimiento de la fuente de alimentación química, y afecta directamente a la tensión de trabajo de la batería, la corriente de trabajo, la energía de salida y la potencia.

La resistencia óhmica de la pila se debe principalmente a la conductividad del electrolito de la pila, pero también incluye la resistencia del material del electrodo y del diafragma.

El mecanismo conductor de la parte electrolítica es la conducción iónica, y la resistencia del proceso conductor suele ser mucho mayor que la de la parte electrónica. La resistencia de la interfaz entre el electrodo y el electrolito desempeña un papel importante en la batería de iones de litio.

Cuanto mayor sea la resistencia del ion de litio que atraviesa la interfaz, mayor será la resistencia interna de la batería. En general, la resistencia interfacial es significativamente mayor que la resistencia óhmica.

Baterías de iones de litio, capa de iones de litio y delaminating están incrustados en el electrodo y la interfaz de fase de electrolito. La facilidad con que esta reacción puede tener lugar, el grado de polarización electroquímica, depende no sólo de la naturaleza del material del electrodo.

También está relacionada con el estado de la interfaz entre el electrolito y el material del electrodo, el estado de existencia del ion de litio en el electrolito y la interacción entre el ion de litio y el electrolito de la batería. En este sentido, la naturaleza del sistema electrolítico también afecta en cierta medida a la resistencia a la polarización de la batería.

La tasa de carga-descarga es un índice importante para medir la capacidad de retención de las baterías de iones de litio en condiciones de carga-descarga rápida.

El rendimiento de carga-descarga de la batería depende de la movilidad del ion de litio en el material del electrodo, de la conductividad del electrolito de la batería y de la movilidad del ion de litio en la interfase electrodo/fase electrolito; estas dos últimas están estrechamente relacionadas con la composición y las propiedades del electrolito.

Influencia en el rango de temperatura de funcionamiento de la batería

Debido a la gran dependencia de la temperatura de la reacción del electrodo en la interfaz entre el electrodo y el electrolito de la batería, la temperatura tiene la influencia más obvia sobre el rendimiento de la batería entre todos los factores ambientales.

En condiciones de baja temperatura, la velocidad de reacción del electrodo disminuye, e incluso se detiene, el rendimiento de la batería se reduce significativamente, e incluso no puede utilizarse con normalidad.

Cuando se eleva la temperatura, se intensifica la reacción del electrodo, pero también se intensifica la reacción lateral de la interfaz electrodo/electrolito, lo que a menudo provoca grandes daños en la batería, y su rendimiento se ve afectado.

Por lo tanto, la mejor temperatura de trabajo de la batería debe ser la que más favorezca la reacción del electrodo sin reacciones secundarias evidentes.

El rango de temperatura de funcionamiento de la batería líquida de iones de litio suele ser de -10-45℃. La temperatura de funcionamiento más baja no suele ser inferior a -20 ℃, la temperatura de funcionamiento más alta no suele ser superior a 60 ℃.

En el caso de las baterías de iones de litio con electrolito líquido, la principal forma de ampliar el rango de temperatura de trabajo es ampliar el recorrido líquido del electrolito, mejorar la conductividad y la estabilidad del electrolito a baja temperatura y a alta temperatura.

En el caso de los electrolitos sólidos, para ampliar el rango de temperaturas de funcionamiento, es necesario mejorar la conductividad del electrolito a temperatura ambiente o incluso a baja temperatura y reducir la impedancia interfacial entre el electrolito y el material del electrodo.

Influencia en el almacenamiento y la vida útil de la batería

El envejecimiento de las baterías de iones de litio en el proceso de almacenamiento a largo plazo es la clave que afecta al rendimiento de almacenamiento de las baterías. Aunque una batería comercial de iones de litio no se utilice nunca, su vida útil de almacenamiento es de sólo unos 3 años.

La razón del envejecimiento de la batería es diversa, incluyendo la corrosión del fluido del conjunto de electrodos y el material activo del electrodo de una colección de pérdida de fluido.

Y la pérdida de actividad electroquímica es la razón principal, y la naturaleza del electrolito de la batería y la corrosión del fluido y la estabilidad del material del electrodo en que están estrechamente relacionados. Por lo tanto, el electrolito afecta e incluso determina en gran medida la vida de almacenamiento de la batería

La duración del ciclo es un índice importante para evaluar la calidad de la batería secundaria, que generalmente se mide por los tiempos de ciclo cuando la capacidad de la batería se reduce a un valor determinado.

Hay muchos factores que afectan a la vida útil de las baterías de iones de litio, como la estabilidad de los materiales de los electrodos, la estabilidad del electrolito, la velocidad de carga y descarga, la profundidad y la temperatura de carga y descarga, etc.

En el caso de las baterías de iones de litio, además de un uso y mantenimiento correctos, la corta vida útil de las baterías se debe principalmente a las siguientes razones:

① La superficie activa de la sustancia activa del electrodo en el proceso de carga y descarga sigue disminuyendo, la densidad de corriente real de la batería aumenta, y la resistencia interna de la batería aumenta gradualmente.

② La sustancia activa del fluido colector del electrodo se desprende o transfiere y pierde su debida actividad electroquímica.

③ Algunos materiales pueden envejecer o corroerse en el electrolito durante el funcionamiento de la batería.

④ Diafragma dañado o parcialmente cerrado.

⑤ Impurezas en el electrolito de la batería debidas a la reacción gaseosa o reductora de la solución en la interfaz del electrodo.

Debido a la influencia de los factores anteriores, la vida útil normal de las baterías de iones de litio es de unos 2-3 años en la actualidad, y los factores anteriores están relacionados sobre todo con las propiedades de los electrolitos de las baterías.

El impacto en la seguridad de las baterías

La batería de iones de litio sustituye la disolución y deposición de litio metálico en la batería secundaria de litio tradicional por el mecanismo de almacenamiento interno de litio en la red.

Lo que elimina el crecimiento de dendritas de litio en la superficie del ánodo y reduce la posibilidad de cortocircuito de la batería, pero no elimina fundamentalmente el peligro potencial de seguridad de la batería.

Por ejemplo, la deposición de metal de litio también se producirá en la superficie del ánodo de la batería líquida de iones de litio bajo la condición de sobrecarga, mientras que la descomposición por oxidación del electrolito se producirá en la superficie del electrodo catódico bajo la condición de alto potencial, y una serie de reacciones secundarias inseguras se producirán en la batería.

Además, la gran cantidad de calor generada por la batería en caso de carga y descarga de alta corriente no puede disiparse a tiempo, lo que provoca un rápido aumento de la temperatura de la batería, que también traerá importantes problemas de seguridad para la batería.

Aunque la estabilidad del material del electrodo, la composición del electrolito de la pila y el proceso de fabricación y las condiciones de uso de la propia pila son los principales factores que afectan al   seguridad de las pilas de iones de litio.

Pero la raíz del problema de seguridad de la batería líquida de iones de litio sigue siendo la naturaleza volátil y la alta inflamabilidad del electrolito líquido orgánico. Por eso, la investigación sobre la seguridad de la batería líquida de iones de litio se centra principalmente en la reacción entre el material del electrodo y el electrolito y su efecto térmico.

Estos estudios profundizan en el conocimiento de una serie de reacciones exotérmicas y del mecanismo de combustión en la batería de iones de litio.

Sin embargo, para eliminar fundamentalmente el peligro potencial para la seguridad de las baterías, es necesario eliminar la combustibilidad de los disolventes orgánicos y desarrollar sistemas de electrolitos más seguros o sin combustión, especialmente para las baterías de iones de litio de gran tamaño y densidad de potencia.

Influencia en el rendimiento de autodescarga de la batería

La tasa de autodescarga de la batería de iones de litio depende del tipo y la estructura del material del electrodo, las propiedades de la interfaz electrodo/electrolito, la composición del electrolito y el proceso de producción de la batería.

Las principales razones de la autodescarga de las baterías de iones de litio son las siguientes:

① Autodescarga del ánodo.

La autodescarga del ánodo se debe principalmente a la liberación de litio del ánodo en forma de Li+ o al electrolito de la pila, y su velocidad depende del estado de la superficie y de la actividad catalítica superficial del ánodo.

El estado de la superficie del ánodo se ve obviamente afectado por el electrolito de la batería, por lo que la tasa de autodescarga de la batería puede reducirse optimizando la composición del electrolito.

② Autodescarga del cátodo.

Se refiere a que los iones de litio en el electrolito de la batería se incrustan en la red del material del cátodo, provocando así la autodescarga del cátodo. La velocidad depende de los factores dinámicos del Li+ incrustado en el cátodo, principalmente de las propiedades de la interfaz cátodo/electrolito.

Además, la aparición de impurezas en el electrolito de la batería es también una causa importante de la autodescarga de la batería, porque el potencial de oxidación de las impurezas es generalmente inferior al potencial del cátodo de la batería de iones de litio, fácil de oxidar en la superficie del electrodo catódico.

El óxido se reducirá en el ánodo, de modo que consumirá constantemente las sustancias activas de los materiales del cátodo y del ánodo, provocando la autodescarga. Por lo tanto, las baterías de iones de litio tienen elevados requisitos de composición y pureza del electrolito.

Influencia en el comportamiento de sobrecarga y sobredescarga de la batería

Debido a que el electrolito de la batería de iones de litio no puede proporcionar protección contra la sobrecarga o sobredescarga durante el funcionamiento normal de la batería, la capacidad de la batería contra la sobrecarga y sobredescarga es muy pobre.

Sin embargo, en algunas condiciones de aplicación práctica, cuando se utilizan varias baterías de iones de litio en serie para obtener una tensión más alta, suele producirse un fenómeno evidente de desajuste de la capacidad.

Y siempre habrá algunas baterías que se sobrecarguen al cargar y otras que se sobredescarguen al descargar. Por un lado, provoca daños irreversibles en el rendimiento de la batería y afecta a su vida útil. Al mismo tiempo, también conlleva riesgos evidentes para la seguridad de la batería.

La modificación del electrolito de las baterías es una forma importante de evitar su sobrecarga y descarga. Hay que seguir investigando para establecer un mecanismo interno de protección contra la sobrecarga y la descarga en el electrolito líquido orgánico.

Por ejemplo, la adición de un par redox al electrolito, que se oxida en el cátodo en condiciones de sobrecarga, reduce el oxidante a la superficie del ánodo, evitando así un aumento continuo de la tensión de la batería.