Zeolith-Molekularsiebe können zur Dehydrierung von Elektrolyten durch physikalische Adsorption eingesetzt werden, wodurch die negativen Auswirkungen von Wasser vermieden und dadurch die Leistung und Sicherheit der Lithiumbatterie verbessert werden, was in letzter Zeit immer mehr Aufmerksamkeit erregt hat.
Bestandteile üblicher Lithiumelektrolyte
Organische Lösungsmittel sind der Hauptbestandteil des Elektrolyten und machen etwa 80–90 % aus. Zu diesen Lösungsmitteln gehören Ethylencarbonat (EC), Dimethylcarbonat (DMC), Propylencarbonat (PC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC) usw.
Lithiumsalz ist ein weiterer Bestandteil des Elektrolyten und die zentrale Lithiumquelle. Zu diesen Lithiumsalzen gehört Lithiumhexafluorphosphat (LiPF).6), Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid (LiFSI), Lithiumtetrafluorborat (LiBF₄), Lithiumperchlorat (LiClO₄) usw.
Additive machen etwa 5 % des Elektrolyten aus. Zu diesen Additiven gehören filmbildende Additive, flammhemmende Additive, Stabilisatoren usw. Beispielsweise übliche filmbildende Additive wie Vinylcarbonat (VC) und fluoriertes Vinylcarbonat (FEC).
Insgesamt hängt die Leistung des Lithiumelektrolyten von der synergistischen Wirkung der Lösungsmittel, Lithiumsalze und Additive ab. Zum Beispiel die Kombination aus gemischtem EC/DMC-Lösungsmittel und LiPF6kann sowohl die Ionenleitfähigkeit als auch die Stabilität ausgleichen.
Auswirkungen der Anwesenheit von Wasser in den Elektrolyten
Diese Bestandteile reagieren äußerst empfindlich auf die elektrochemische Leistung, Wasser und Verunreinigungen können die Produktion und Qualität der Lithiumbatterien stark beeinträchtigen. Zum Beispiel:
Wasser kann chemisch mit Lithiumsalzen im Elektrolyten reagieren und schädliche Substanzen wie Flusssäure (HF) und Lithiumfluorid (LiF) erzeugen, die die Batteriestruktur beschädigen, Leckagen oder Kurzschlüsse verursachen und die Batteriekapazität verringern können.
Der durch die filmbildenden Zusätze gebildete Festelektrolytgrenzflächenfilm (SEI) kann durch das Wasser beschädigt werden und seine Dichte und Gleichmäßigkeit verlieren, was zu einem Anstieg des Innenwiderstands der Batterie und einer Verringerung der Entladekapazität führt.
Beim Laden und Entladen kann sich Wasser zersetzen und Gase (wie CO₂ und H₂) erzeugen, die den Innendruck der Batterie erhöhen. Dies kann zum Ausbeulen der Batterie, zum Austreten von Flüssigkeit und sogar zu Rauchentwicklung, Feuer und Explosion führen, was ein Sicherheitsrisiko darstellt.
Die bei der Lösungsmittelbehandlung erwähnten Gefahren durch Wasser bestehen auch im Elektrolyten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Vorhandensein von Wasser die Leitfähigkeit des Elektrolyten, die Stabilität der Elektrolytgrenzfläche sowie die Batterielebensdauer und -sicherheit beeinflusst und ein wichtiger Kontrollfaktor bei der Produktion und Verwendung von Lithiumbatterien ist.
Molekularsiebe zur Elektrolytentwässerung
Die Anwendungen von Molekularsieben in Elektrolyten variieren je nach ihrem spezifischen Zweck, wie z. B. Lösungsmitteltrocknung, Elektrolytentwässerung und -entsäuerung, Elektrolytregeneration und Verbesserung der elektrochemischen Leistung.
Das Zeolith-Molekularsieb vom Typ 5A wird am häufigsten für die Elektrolytentwässerung verwendet. Es kann effektiv Wasser aus dem Elektrolyten entfernen, wodurch ein erhöhter Innenwiderstand und elektrochemische Reaktionen verhindert werden, wodurch die Leistung und Sicherheit der Lithiumbatterie verbessert wird.
Molekularsiebe vom Typ 3A, 4A, 13X, Typ Lithium und zusammengesetzte Zeolithe können selektiv auf die Lithiumelektrolyte angewendet werden. Durch Nutzung ihrer starken Adsorption, Ionensiebungseigenschaft und strukturellen Stabilität können die Reinheit, Stabilität und Zyklenleistung der Elektrolyte verbessert werden.
