लिथियम-आयन बैटरी इलेक्ट्रोलाइट का अर्थ?

◆जलीय इलेक्ट्रोलाइट्स क्या हैं?

◆ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स का परिचय

इलेक्ट्रोलाइट, का एक अनिवार्य घटकलिथियम-आयन बैटरियां, बैटरी के चार्ज {{0}डिस्चार्ज चक्र में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

यह न केवल लिथियम आयनों के कुशल परिवहन और करंट के संचालन के लिए जिम्मेदार है, बल्कि इसमें सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच प्रत्यक्ष इलेक्ट्रॉन प्रवाह को प्रभावी ढंग से रोकने के लिए इलेक्ट्रॉनिक इन्सुलेशन गुण भी हैं। लाक्षणिक रूप से कहें तो, इलेक्ट्रोलाइट एक लिथियम आयन बैटरी के अंदर "रक्त" की तरह है, जो सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के बीच कनेक्टिविटी सुनिश्चित करता है, जिससे संपूर्ण चार्ज {{2} डिस्चार्ज प्रक्रिया की सुचारू प्रगति की गारंटी होती है।

लिथियम आयन बैटरी के लिए एक आदर्श इलेक्ट्रोलाइट को निम्नलिखित पांच आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए:

बैटरी ऊर्जा घनत्व और पावर घनत्व की बढ़ती मांगों के साथ, बैटरी तकनीक तेजी से विकसित हो रही है, और इलेक्ट्रोड सामग्री ने जबरदस्त प्रगति की है। इसके विपरीत, इलेक्ट्रोलाइट प्रणालियों का विकास पिछड़ गया है। वर्तमान में, लिथियम आयन बैटरी इलेक्ट्रोलाइट्स के विकास को मोटे तौर पर तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: गैर-विलायक इलेक्ट्रोलाइट्स, जलीय इलेक्ट्रोलाइट्स और ठोस राज्य इलेक्ट्रोलाइट्स।

गैर-जलीय विलायक इलेक्ट्रोलाइट

 

लिथियम{{1}आयन बैटरियों में गैर-{0}जलीय विलायक इलेक्ट्रोलाइट्स उन इलेक्ट्रोलाइट प्रणालियों को संदर्भित करते हैं जिनमें पानी नहीं होता है, जो मुख्य रूप से सॉल्वैंट्स, विलेय (आमतौर पर लिथियम लवण) और एडिटिव्स से बने होते हैं। पानी के इलेक्ट्रोलिसिस या इलेक्ट्रोड सामग्री के साथ प्रतिकूल प्रतिक्रियाओं से बचने के लिए, ये गैर-{3}}जलीय सॉल्वैंट्स आमतौर पर जलीय सॉल्वैंट्स के बजाय कार्बनिक सॉल्वैंट्स होते हैं। लिथियम लवण लिथियम आयन परिवहन के प्राथमिक वाहक हैं, सॉल्वैंट्स लिथियम लवण के विघटन, फैलाव और समर्थन के रूप में कार्य करते हैं, और योजक मुख्य रूप से लिथियम आयन बैटरियों के विद्युत रासायनिक प्रदर्शन या सुरक्षा में सुधार करने के लिए कार्य करते हैं।

लिथियम आयन बैटरियों में उपयोग किए जाने वाले व्यावसायिक रूप से उपलब्ध इलेक्ट्रोलाइट्स (यानी, तरल इलेक्ट्रोलाइट्स) मुख्य रूप से दो या अधिक कार्बनिक सॉल्वैंट्स में घुले एक या अधिक लिथियम लवणों से बने होते हैं; एकल विलायक से बने इलेक्ट्रोलाइट्स बहुत दुर्लभ हैं। एकाधिक सॉल्वैंट्स का उपयोग करने का कारण यह है कि वास्तविक विश्व बैटरियों में अलग-अलग, यहां तक ​​कि विरोधाभासी, आवश्यकताएं होती हैं जिन्हें एक ही सॉल्वेंट का उपयोग करके पूरा करना मुश्किल होता है। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोलाइट्स को उच्च तरलता की आवश्यकता हो सकती है जबकि उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक भी हो सकता है; इसलिए, विभिन्न भौतिक-रासायनिक गुणों वाले सॉल्वैंट्स का उपयोग अक्सर संयोजन में किया जाता है, जो एक साथ विभिन्न विशेषताओं को प्रदर्शित करते हैं। इसके अलावा, लिथियम नमक का उपयोग आम तौर पर एक साथ नहीं किया जाता है क्योंकि लिथियम नमक का चयन सीमित है, और उनके फायदे आसानी से स्पष्ट नहीं होते हैं।

आदर्श कार्बनिक सॉल्वैंट्स में निम्नलिखित प्रमुख गुण होने चाहिए: सबसे पहले, लिथियम लवण का अच्छा विघटन सुनिश्चित करने के लिए उन्हें उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक की आवश्यकता होती है; दूसरा, इलेक्ट्रोलाइट की ऑपरेटिंग तापमान सीमा को व्यापक बनाने के लिए उनमें कम गलनांक और उच्च क्वथनांक होना चाहिए; तीसरा, कम चिपचिपापन माध्यम में लिथियम आयनों के कुशल प्रवासन को बढ़ावा देने में मदद करता है; और अंत में, ये सॉल्वैंट्स सस्ते होने चाहिए और इनमें कम विषाक्तता (आदर्श रूप से गैर-विषाक्तता) होनी चाहिए। लिथियम आयन बैटरी उद्योग में सबसे शुरुआती और सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले कार्बनिक सॉल्वैंट्स में से एक के रूप में कार्बोनेट यौगिक, बैटरी इलेक्ट्रोलाइट्स के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण स्थान रखते हैं।

वर्तमान में, इस प्रकार के विलायक में मुख्य रूप से दो संरचनात्मक रूप शामिल हैं: चक्रीय और श्रृंखला। नीचे दी गई तालिका आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले कई गैर-जलीय सॉल्वैंट्स, इलेक्ट्रोलाइट्स और कार्बनिक सॉल्वैंट्स के प्रासंगिक भौतिक मापदंडों का सारांश प्रस्तुत करती है।

वर्तमान में, इलेक्ट्रोलाइट्स में एल्काइल कार्बोनेट सॉल्वैंट्स का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इन सॉल्वैंट्स में अच्छा ऑक्सीकरण प्रतिरोध होता है और उच्च वोल्टेज स्थितियों के तहत उत्कृष्ट स्थिरता प्रदर्शित करते हैं। चक्रीय कार्बोनेट, जैसे एथिलीन कार्बोनेट और प्रोपलीन कार्बोनेट, अपने उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक के लिए जाने जाते हैं, जिसका अर्थ है कि वे लिथियम लवण को अधिक प्रभावी ढंग से भंग कर सकते हैं; हालाँकि, मजबूत अंतर-आण्विक बलों के कारण, इन सॉल्वैंट्स में उच्च चिपचिपापन होता है, जो उनके भीतर लिथियम आयनों की गति को धीमा कर देता है। इसके विपरीत, डाइमिथाइल कार्बोनेट और डायथाइल कार्बोनेट जैसे चेन कार्बोनेट में कम चिपचिपाहट होने के साथ-साथ अपेक्षाकृत कम ढांकता हुआ स्थिरांक भी होता है, जिसके परिणामस्वरूप लिथियम लवण के लिए अपेक्षाकृत खराब विघटन दक्षता होती है। इसलिए, बेहतर आयनिक चालकता के साथ समाधान प्रणाली तैयार करने के लिए, विभिन्न प्रकार के सॉल्वैंट्स को अक्सर मिश्रित किया जाता है, जैसे पीसी+डीईसी या ईसी+डीएमसी संयोजन। इलेक्ट्रोलाइट में लिथियम आयनों के स्रोत के रूप में लिथियम लवण, लिथियम आयन बैटरियों की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान लिथियम आयन परिवहन में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं। उनका प्रदर्शन सीधे लिथियम आयन बैटरियों के कई पहलुओं को प्रभावित करता है, जिसमें ऊर्जा घनत्व, बिजली घनत्व, ऑपरेटिंग वोल्टेज रेंज, चक्र जीवन और सुरक्षा शामिल है। वर्तमान में, प्रयोगशाला अनुसंधान और औद्योगिक अभ्यास में, बड़े आयनिक रेडी और उच्च रेडॉक्स स्थिरता वाले लिथियम लवण आमतौर पर चुने जाते हैं। उनकी रासायनिक संरचना के आधार पर, लिथियम नमक को मोटे तौर पर दो श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है: अकार्बनिक लिथियम नमक और कार्बनिक लिथियम नमक। कई अकार्बनिक लिथियम लवण विकसित किए गए हैं, जिनमें LiPF6, LiClO4, LIBF और LIASF शामिल हैं। इसके विपरीत, लिथियम आयन बैटरियों में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले कार्बनिक लिथियम लवण इन अकार्बनिक लिथियम लवणों के आयनों में इलेक्ट्रॉन निकालने वाले समूहों को जोड़कर तैयार किए जाते हैं, जैसे कि लिथियम डाइऑक्सालेटो {{19} बोरेट (LiBOB), लिथियम डिफ्लुओरूक्सालेटो {{20} बोरेट ([iODFB]), लिथियम डिफ्लुओरोसल्फोनीलिमाइड (LiFSI), और लिथियम डिट्राइफ्लोरोमिथाइलसल्फोनीलिमाइड (एलटीएफएसआई)। नीचे दी गई तालिका लिथियम आयन बैटरियों में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले कई लिथियम लवणों के प्रासंगिक भौतिक-रासायनिक गुणों को दर्शाती है।

एडिटिव्स इलेक्ट्रोलाइट में कम सांद्रता (आमतौर पर द्रव्यमान द्वारा 10% से अधिक नहीं) में जोड़े जाने वाले पदार्थ होते हैं जिनके विशिष्ट कार्य होते हैं और बैटरी की इलेक्ट्रोकेमिकल विशेषताओं में काफी सुधार हो सकता है। उनके कार्यों के आधार पर, इन एडिटिव्स को मोटे तौर पर कई श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है: फिल्म बनाने वाले एडिटिव्स, फ्लेम रिटार्डेंट और ओवरचार्जिंग को रोकने के लिए एडिटिव्स। इसके अलावा, चालकता बढ़ाने, कम तापमान की स्थिति में प्रदर्शन को अनुकूलित करने, या इलेक्ट्रोलाइट समाधान में ट्रेस मात्रा और एचएफ सांद्रता को नियंत्रित करने के लिए एडिटिव्स का उपयोग किया जाता है।