Où acheter de l'électrolyte pour batterie ? Vous devez d'abord connaître les exigences relatives à l'électrolyte pour batterie

L'électrolyte joue un rôle irremplaçable dans divers dispositifs de stockage d'énergie électrochimique, en particulier dans les batteries au lithium à haute densité énergétique. Si vous souhaitez acheter électrolyte de batterieIl faut d'abord savoir quelles sont les exigences auxquelles les électrolytes doivent répondre pour obtenir de bonnes performances des batteries.

Exigences de base pour l'électrolyte des batteries

L'électrolyte utilisé dans les batterie lithium-ion doit répondre aux exigences de base suivantes, qui sont les facteurs à prendre en compte pour mesurer les performances des électrolytes, et qui sont également les conditions préalables importantes pour obtenir des performances élevées, une faible résistance interne, un prix bas, une longue durée de vie et la sécurité des batteries au lithium-ion.

① Conductivité ionique élevée sur une large plage de température et donc un grand nombre d'ions lithium migrent, pour réduire la polarisation de la concentration dans le processus de charge et de décharge de la batterie.

② Bonne stabilité thermique, pour garantir que la batterie fonctionne dans la plage de température appropriée.

③ Large fenêtre électrochimique, de préférence une fenêtre de stabilité électrochimique de 0 à 5 V pour garantir que l'électrolyte aux pôles n'entraîne pas de réactions secondaires significatives, afin de respecter l'unicité de la réaction de l'électrode dans le processus électrochimique.

④ Lorsque l'électrolyte de la batterie est utilisé à la place du diaphragme, il doit également présenter de bonnes propriétés mécaniques et pouvoir être usiné.

⑤ Faible coût du prix

⑥ Haute sécurité, point d'éclair élevé ou absence de combustion.

⑦ Pas de pollution toxique, pas d'atteinte à l'environnement.

Les classifications de l'électrolyte des batteries lithium-ion

L'électrolyte des piles au lithium peut être divisé en électrolyte liquide, électrolyte solide et électrolyte composé solide-liquide en fonction de l'état d'existence de l'électrolyte.

L'électrolyte solide comprend l'électrolyte polymère solide et l'électrolyte solide inorganique, et l'électrolyte composite solide-liquide est un électrolyte gélifié composé d'un polymère solide et d'un électrolyte liquide.

Les propriétés de base des différents systèmes d'électrolytes pour batteries sont comparées dans le tableau. On peut constater que les différents types d'électrolytes pour batteries lithium-ion ont leurs propres avantages, mais aussi leurs propres défauts.

Électrolyte liquide organique

Les électrolytes obtenus par dissolution de l'électrolyte de lithium dans un solvant organique aprotique polaire, ce type d'électrolyte de batterie présente une bonne stabilité électrochimique, un point de congélation bas et un point d'ébullition élevé, et peut être utilisé dans une large gamme de températures.

Cependant, les solvants organiques ont une faible constante diélectrique, une viscosité élevée, une faible capacité à dissoudre les électrolytes de sels inorganiques, une faible conductivité et sont particulièrement sensibles aux traces d'eau.

La pile au lithium liquide organique est facile à fuir, le produit doit utiliser une coque métallique solide, la taille du modèle est fixe et manque de flexibilité. L'inflammabilité du solvant organique est à l'origine de son manque de sécurité, les mesures de protection de la batterie doivent être parfaites.

Électrolyte liquide ionique à température ambiante

Un matériau ou un milieu fonctionnel composé de cations et d'anions spécifiques qui est liquide à température ambiante ou proche de la température ambiante présente des avantages exceptionnels tels qu'une conductivité élevée, une faible pression de vapeur, une large gamme de liquides, une bonne stabilité chimique et électrochimique, l'absence de pollution et une récupération aisée.

Le sel fondu à température ambiante peut être utilisé comme électrolyte de batterie lithium-ion pour améliorer la sécurité de la batterie à haute densité de puissance et éliminer complètement le risque potentiel de sécurité de la batterie.

De ce fait, le application de la batterie au lithium dans les grands systèmes d'alimentation tels que les véhicules électriques ou dans d'autres conditions spéciales possibles .

Électrolyte polymère solide

Incombustible, peu réactif entre les matériaux d'électrodes et plus résistant, l'électrolyte des batteries à polymères solides peut pallier les insuffisances des batteries lithium-ion liquides :

Permet le changement de volume du processus de décharge du matériau d'électrode, plus que la résistance de l'électrolyte liquide aux chocs, aux vibrations et à la déformation, facile à traiter par moulage. Il peut prendre différentes formes en fonction des différents besoins de la batterie.

Gel électrolyte

Des plastifiants liquides, tels que le PC EC, ont été introduits dans la matrice polymère pour obtenir un électrolyte gel composite solide-liquide. L'électrolyte de batterie ternaire composé d'un composé polymère de lithium et d'un solvant organique polaire possède les propriétés d'un électrolyte solide et d'un électrolyte liquide.

Électrolyte solide inorganique

L'électrolyte solide inorganique est un matériau solide doté d'une conductivité ionique élevée. Il peut être divisé en électrolyte de verre et électrolyte de céramique pour les batteries lithium-ion entièrement solides. L'électrolyte solide agit non seulement comme électrolyte de la batterie, mais peut également remplacer le diaphragme dans la batterie.

Par conséquent, l'utilisation de la préparation de piles au lithium à électrolyte solide inorganique ne doit pas s'inquiéter du problème des fuites, les piles peuvent être miniaturisées et miniaturisées.

Bien que dans ce type de matériau, le nombre d'ions lithium en migration soit important, la conductivité électrique de l'électrolyte lui-même est beaucoup plus faible que celle de l'électrolyte liquide.

Ce matériau présente l'impédance d'interface la plus élevée avec le matériau électrique de la batterie lithium-ion. En outre, l'électrolyte solide inorganique est extrêmement fragile, ce qui rend la batterie lithium-ion avec cet électrolyte peu performante sur le plan sismique.

L'influence de l'électrolyte de la batterie sur ses performances

L'influence de l'électrolyte de la batterie sur les performances macroélectrochimiques de la batterie lithium-ion comprend les aspects suivants :

Impact sur la capacité de la batterie

Bien que la capacité spécifique du matériau d'électrode de la batterie lithium-ion soit une condition préalable, l'électrolyte de la batterie affecte aussi largement la capacité irréversible des matériaux d'électrode de l'électrolyte.

En effet, l'intercalation et la circulation des matériaux d'électrode interagissent toujours avec l'électrolyte, et cette interaction a une influence importante sur l'état de l'interface et la structure interne des matériaux d'électrode

Dans le processus de fonctionnement d'une batterie lithium-ion, outre les réactions d'oxydoréduction qui se produisent à la cathode et à l'anode lorsque les ions lithium sont incorporés et retirés.

Il existe également un grand nombre de réactions secondaires, telles que l'oxydation et la réduction de la décomposition des électrolytes sur la cathode et l'anode, la passivation superficielle des substances actives sur l'électrode et l'impédance élevée de l'interface entre l'électrode et l'électrolyte.

Tous ces facteurs affectent la capacité des matériaux d'électrode à des degrés divers. Par conséquent, certains systèmes d'électrolyte de batterie peuvent faire en sorte que les matériaux d'électrode présentent une excellente capacité d'incorporation et de délithium, tandis que d'autres systèmes d'électrolyte endommagent fortement les matériaux d'électrode.

Influence sur la résistance interne de la batterie et sur la performance de la charge-décharge à taux élevé

La résistance interne fait référence à la résistance du courant à travers la batterie, y compris la résistance interne ohmique et la résistance de polarisation de l'électrode dans le processus électrochimique.

Pour les batteries lithium-ion, la résistance interne doit également inclure la résistance de l'interface entre l'électrode et l'électrolyte.

Par conséquent, la somme de la résistance interne ohm, de la résistance de l'interface électrode/électrolyte et de la résistance interne de polarisation constitue la résistance interne totale de la batterie lithium-ion, qui est un indice important pour mesurer la performance de l'alimentation chimique, et affecte directement la tension de fonctionnement de la batterie, le courant de fonctionnement, l'énergie de sortie et la puissance.

La résistance ohmique de la batterie est principalement due à la conductivité de l'électrolyte de la batterie, mais comprend également la résistance du matériau de l'électrode et du diaphragme.

Le mécanisme de conduction de la partie électrolyte est la conduction ionique, et la résistance du processus de conduction est généralement beaucoup plus grande que celle de la partie électronique. La résistance de l'interface entre l'électrode et l'électrolyte joue un rôle important dans les batteries lithium-ion.

Plus la résistance de l'ion lithium traversant l'interface est grande, plus la résistance interne de la batterie est élevée. En général, la résistance interfaciale est nettement plus élevée que la résistance ohmique.

Les batteries lithium-ion, la couche de lithium-ion et la délamination sont intégrées dans l'interface entre l'électrode et la phase électrolytique. La facilité avec laquelle cette réaction peut avoir lieu, le degré de polarisation électrochimique, ne dépend pas seulement de la nature du matériau de l'électrode.

Elle est également liée à l'état de l'interface entre l'électrolyte et le matériau de l'électrode, à l'état d'existence de l'ion lithium dans l'électrolyte et à l'interaction entre l'ion lithium et l'électrolyte de la batterie. En ce sens, la nature du système électrolytique affecte également la résistance à la polarisation de la batterie dans une certaine mesure

La performance de charge/décharge rapide est un indice important pour mesurer la capacité de rétention des batteries lithium-ion dans des conditions de charge/décharge rapides.

La performance de charge-décharge de la batterie dépend de la mobilité de l'ion lithium dans le matériau de l'électrode, de la conductivité de l'électrolyte de la batterie et de la mobilité de l'ion lithium à l'interface électrode/phase électrolyte, ces deux dernières caractéristiques étant étroitement liées à la composition et aux propriétés de l'électrolyte.

Influence sur la plage de température de fonctionnement de la batterie

En raison de la forte dépendance de la température de la réaction de l'électrode à l'interface entre l'électrode et l'électrolyte de la batterie, la température a l'influence la plus évidente sur les performances de la batterie parmi tous les facteurs environnementaux.

Dans des conditions de basse température, la vitesse de réaction de l'électrode diminue, voire s'arrête, la performance de la batterie est considérablement réduite et ne peut même pas être utilisée normalement.

Lorsque la température augmente, la réaction de l'électrode s'intensifie, mais la réaction secondaire de l'interface électrode/électrolyte s'intensifie également, ce qui endommage souvent gravement la batterie et affecte ses performances.

Par conséquent, la meilleure température de fonctionnement de la batterie doit être la température la plus propice à la réaction de l'électrode sans réaction secondaire évidente.

La plage de température de fonctionnement de la batterie lithium-ion liquide est généralement comprise entre -10 et 45℃. La température de fonctionnement la plus basse n'est généralement pas inférieure à -20 ℃, la température de fonctionnement la plus élevée n'est généralement pas supérieure à 60 ℃.

Pour les batteries lithium-ion à électrolyte liquide, le principal moyen d'étendre la plage de température de fonctionnement est d'élargir la voie liquide de l'électrolyte, d'améliorer la conductivité et la stabilité de l'électrolyte à basse température et à haute température.

Pour les électrolytes solides, afin d'élargir la plage de température de fonctionnement, il est nécessaire d'améliorer la conductivité de l'électrolyte à température ambiante, voire à basse température, et de réduire l'impédance interfaciale entre l'électrolyte et le matériau de l'électrode.

Influence sur le stockage et la durée de vie des batteries

Le vieillissement des batteries lithium-ion dans le processus de stockage à long terme est la clé qui affecte les performances de stockage des batteries. Même si une batterie lithium-ion commerciale n'est jamais utilisée, sa durée de vie n'est que d'environ 3 ans.

Les raisons du vieillissement de la batterie sont diverses, notamment la corrosion du fluide de l'électrode et la perte de fluide du matériau actif de l'électrode.

La perte d'activité électrochimique en est la principale raison, et la nature de l'électrolyte de la batterie, la corrosion du fluide et la stabilité du matériau de l'électrode sont étroitement liées. Par conséquent, l'électrolyte affecte et détermine même dans une large mesure la durée de stockage de la batterie

La durée de vie est un indice important pour évaluer la qualité d'une batterie secondaire, qui est généralement mesurée par la durée des cycles lorsque la capacité de la batterie est réduite à une certaine valeur.

De nombreux facteurs influencent la durée de vie des batteries lithium-ion, notamment la stabilité des matériaux d'électrode, la stabilité de l'électrolyte, la vitesse de charge et de décharge, la profondeur de charge et de décharge, la température, etc.

Pour les batteries lithium-ion, outre une utilisation et un entretien corrects, les principales raisons expliquant la courte durée de vie des batteries sont les suivantes :

① La surface active de la substance active de l'électrode dans le processus de charge et de décharge continue à diminuer, la densité de courant réelle de la batterie augmente, et la résistance interne de la batterie augmente progressivement.

② La substance active du liquide collecteur de l'électrode se détache ou se transfère et perd son activité électrochimique.

③ Certains matériaux peuvent vieillir ou se corroder dans l'électrolyte pendant le fonctionnement de la batterie.

④ Membrane endommagée ou partiellement fermée.

⑤ Impuretés dans l'électrolyte de la batterie dues à une réaction gazeuse ou réductrice de la solution à l'interface de l'électrode.

En raison de l'influence des facteurs susmentionnés, la durée de vie normale des batteries lithium-ion est actuellement d'environ 2 à 3 ans, et les facteurs susmentionnés sont principalement liés aux propriétés des électrolytes des batteries.

L'impact sur la sécurité des batteries

La batterie au lithium-ion remplace la dissolution et le dépôt de lithium métal dans la batterie secondaire au lithium traditionnelle par le mécanisme de stockage interne du lithium dans le réseau.

Cela élimine la croissance de dendrites de lithium sur la surface de l'anode et réduit le risque de court-circuit de la batterie, mais n'élimine pas fondamentalement le risque potentiel de sécurité de la batterie.

Par exemple, le dépôt de lithium métal se produira également à la surface de l'anode de la batterie lithium-ion liquide en cas de surcharge, tandis que la décomposition par oxydation de l'électrolyte se produira à la surface de l'électrode de la cathode en cas de potentiel élevé, et une série de réactions secondaires dangereuses se produiront dans la batterie.

En outre, la grande quantité de chaleur générée par la batterie dans le cas d'une charge et d'une décharge à courant élevé ne peut être dissipée à temps, ce qui entraîne une augmentation rapide de la température de la batterie, qui pose également d'importants problèmes de sécurité pour la batterie.

Bien que la stabilité du matériau de l'électrode, la composition de l'électrolyte de la batterie, le processus de fabrication et les conditions d'utilisation de la batterie elle-même soient les principaux facteurs influençant la   sécurité des batteries lithium-ion.

Mais le problème de sécurité des batteries lithium-ion liquides est toujours lié à la nature volatile et à la grande inflammabilité de l'électrolyte liquide organique. Par conséquent, la recherche sur la sécurité des batteries lithium-ion liquides se concentre principalement sur la réaction entre le matériau de l'électrode et l'électrolyte et son effet thermique.

Ces études permettent d'approfondir la compréhension d'une série de réactions exothermiques et de mécanismes de combustion dans les batteries au lithium-ion.

Cependant, afin d'éliminer fondamentalement le risque potentiel de sécurité des batteries, il est nécessaire d'éliminer la combustibilité des solvants organiques et de développer des systèmes d'électrolyte plus sûrs ou non combustibles, en particulier pour les batteries lithium-ion de grande taille et à haute densité de puissance.

Influence sur la performance d'autodécharge de la batterie

Le taux d'autodécharge des batteries lithium-ion dépend du type et de la structure du matériau de l'électrode, des propriétés de l'interface électrode/électrolyte, de la composition de l'électrolyte et du processus de production de la batterie.

Les principales raisons de l'autodécharge des batteries lithium-ion sont les suivantes :

① Autodécharge de l'anode.

L'autodécharge de l'anode est principalement causée par la libération de lithium de l'anode sous forme de Li+ ou dans l'électrolyte de la batterie, et son taux dépend de l'état de surface et de l'activité catalytique de surface de l'anode.

L'état de surface de l'anode est manifestement affecté par l'électrolyte de la batterie, de sorte que le taux d'autodécharge de la batterie peut être réduit en optimisant la composition de l'électrolyte.

② Autodécharge de la cathode.

Les ions lithium présents dans l'électrolyte de la batterie sont intégrés dans le réseau du matériau de la cathode, ce qui entraîne une autodécharge de la cathode. La vitesse dépend des facteurs dynamiques du Li+ incorporé dans la cathode, principalement les propriétés de l'interface cathode/électrolyte.

En outre, l'apparition d'impuretés dans l'électrolyte de la batterie est également une cause importante de l'autodécharge de la batterie, car le potentiel d'oxydation des impuretés est généralement inférieur au potentiel de la cathode de la batterie lithium-ion, ce qui facilite l'oxydation à la surface de l'électrode de la cathode.

L'oxyde sera réduit dans l'anode, de manière à consommer constamment les substances actives des matériaux de la cathode et de l'anode, ce qui entraîne une autodécharge. C'est pourquoi les batteries lithium-ion ont des exigences élevées en matière de composition et de pureté de l'électrolyte.

Influence sur le comportement de la batterie en cas de surcharge et de décharge excessive

L'électrolyte de la batterie lithium-ion ne pouvant assurer une protection contre la surcharge ou la décharge excessive pendant le fonctionnement normal de la batterie, la capacité de la batterie à résister à la surcharge et à la décharge excessive est très faible.

Cependant, dans certaines conditions d'application pratique, lorsque plusieurs batteries lithium-ion sont utilisées en série pour obtenir une tension plus élevée, il y a souvent un phénomène évident d'inadéquation de la capacité.

Il y aura toujours des batteries qui se surchargent lors de la charge et d'autres qui se déchargent trop lors de la décharge. D'une part, cela cause des dommages irréversibles aux performances de la batterie et affecte la durée de vie du bloc-batterie. D'autre part, cela entraîne des risques évidents pour la sécurité de la batterie.

La modification de l'électrolyte des batteries est un moyen important de prévenir la surcharge et la décharge des batteries. Des recherches supplémentaires sont menées pour établir un mécanisme interne de protection contre la surcharge et la décharge dans l'électrolyte liquide organique.

Par exemple, l'ajout d'une paire de navettes redox à l'électrolyte, qui est oxydé à la cathode dans des conditions de surcharge, réduit l'oxydant à la surface de l'anode, évitant ainsi une augmentation continue de la tension de la batterie.