Synthese van ionische vloeistof Based Elektrolyten, Assemblee van Li-ion batterijen, en metingen van de prestaties bij hoge temperatuur

Li-ion-accu's zijn apparaten die energie te transformeren tussen de elektrische energie en chemische energie en vormen een handige manier op te slaan en om energie te leveren on-demand en on-the-go. Vandaag de dag, Li-ion accu's domineren de draagbare elektronica markt vanwege hun hoge energiedichtheid en re-verschuldigdheid en van belang zijn voor grootschalige en gespecialiseerde toepassingen, zoals down-gat boren en automotive. ^1-5 Batterijen zijn samengesteld uit vier hoofdcomponenten: kathode, anode, separator, en elektrolyt. Hoewel de chemie van de twee elektroden bepaalt de theoretische energiedichtheid van de batterij, zijn de veiligheid en de werktemperatuur voornamelijk beperkt door het elektrolytmateriaal. ^6-9 carbonaat gebaseerde elektrolyten organisch oplosmiddel (bijvoorbeeld dimethylcarbonaat (DMC) en ethyleencarbonaat (EC)) worden veel gebruikt in lithiumionbatterijen vanwege hun lage viscositeit, hoge geleidbaarheid en hoge oplosbaarheid lithium zout. Bovendien bepaalde combinaties van het carbonaat oplosmiddelen (DMC / EG) vormen ook een stabiele vaste elektrolyt-interface (SEI), waardoor degradatie reacties tussen de elektrolyt en de elektrode, en de uitbreiding van levensduur van de batterij te voorkomen. Echter, carbonaat oplosmiddelen last hebben van lage kookpunt en flash punten, het beperken van de bedrijfstemperatuur van de Li-ion accu's tot onder 55 ° C, met mogelijk ernstige veiligheidsproblemen wanneer er een kortsluiting. ^10,11

Ionische vloeistoffen zijn een klasse van zouten die smelttemperaturen beneden 100 ° C hebben. ¹² In tegenstelling tot de typische anorganische zouten, ionische vloeistoffen hebben een breed scala vloeistof en kan vloeibaar zijn bij kamertemperatuur. Ionische vloeistoffen bestaan ​​uit een of meerdere organische kationische centra, zoals imidazolium, fosfonium, pyridinium of ammonium en gecombineerd met een anorganisch of organisch anion, zoals methaansulfonaat, hexafluorfosfaat of halogenide. ^13,14 De grote verscheidenheid aan mogelijke kation en anion combinatiesmaakt een groot aantal samenstellingen met instelbare eigenschappen. Bovendien, de sterke ionische interacties in ionische vloeistoffen resulteren in verwaarloosbare dampdruk, onbrandbaarheid en hoge thermische en elektrochemische stabiliteit. ^15,16

Vervanging van conventionele elektrolyten met ionische vloeistoffen is een oplossing die de inherente veiligheid in lopende Li-ion batterijen adressen en kan hoge temperaturen mogelijk. ^17-27 De algemene synthetische en materiaal verwerkingsmethoden gebruikt voor lithiumionbatterijen ionische vloeistoffen voor hoge temperaturen construeren illustreren, beschrijven we de synthese, thermische eigenschappen en elektrochemische karakterisering van mono- en di-fosfonium ionische vloeistoffen gepaard met ofwel de chloride (Cl) of bis (trifluormethaan) sulfonimide (TFSI) anion. Verschillende concentraties van lithium bis (trifluormethaan) sulfonimide (LiTFSI) worden vervolgens toegevoegd aan de fosfonium ionische vloeibare zeeids aan elektrolyten te geven. Gebaseerd op de prestaties van het fosfonium- TFSI elektrolyten met toegevoegde LiTFSI opzichte van het chloride analogen, is een knoopcel vervaardigd met ofwel het mono- of di-fosfonium TFSI elektrolyten met een Li metalen anode en kathode LiCoO _2. Tenslotte wordt batterijprestaties geëvalueerd bij 100 ° C voor de twee verschillende knoopcellen. De gedetailleerde procedures, de problemen in de uitvoering, en de inzichten uit het uitvoeren van deze experimenten worden hieronder beschreven.