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关于锂离子电池电解液的一些想法

03/17

文 / YT

导语

本来这次的主题是电解液以及添加剂,但是反复思量单单罗列一些电解液的基础知识理论,譬如电解液的组成啊锂盐,溶剂,添加剂这些烂的东西相信大家看过也就看过了,对大家帮助其实也微乎其微,我们要透过想象看本质,这样才会形成一个完整的知识网络,对以后的学习帮助才会大,就比如小时候学习一个新知识的时候我们会先学习几个公式,几个最基础的理论,牛顿被苹果砸了脑袋也才有万有引力这一说。那么不扯那么多了,其实在电解液这一块呢,我们要学习的一个核心的内容就是电化学(Electrochemistry)

电化学

那么废话不用多说,要真的深入的了解电解液还是要从最基础的机理来入手,结合电解液在锂电池中的作用可以知道有几点,1,电解液溶剂在化成时候参与成膜,有些添加剂比如VC也参与成膜2,充当锂离子移动的通道,运送锂离子到正负极之间。表现上是这些作用,其实究其机理可以知道有关电荷转移(Charge transfer process),扩散传质(diffusion process)反应物和产物在电极静止液层中的扩散。电极界面双电层充电(charging process of electric double layer),电荷的电迁移过程(migration process )主要是溶液中离子的电迁移过程,也称离子电导过程。

当电解液注入电池内部的时候,这个时候要引入一个概念,就是接触角(contact angle),不管是气体液体,还是固体,在接触的时候就会发生润湿现象,电解液注入电池内部,电池内部主要是正负极,隔膜等,那么就是液体接触固体,那么之间就会形成一个接触角θ,如果θ《90°,则液体较容易润湿固体,浸润性越好,然后电解液与极片浸润性好,那么在电池充放电过程中,效果就好。如不是,则反之。

当化成开始的时候,之前都是物理的过程,这时候开始发生反应,电流通过电极时候,电化学反应开始,这时候就产生了界面上的反应物的消耗和产物的积累,出现了浓度差。在电极通电的初期,扩散层很薄,浓度梯度很大,扩散传质速率很快,因此没有浓差极化出现,随着时间的推移,扩散层逐步向溶液内部发展,浓度梯度下降,扩散速率减慢,浓差极化慢慢变大。这个时候就要引入等效电路来,因为在这个过程中,产生了两个电阻,一个是扩散阻抗Zw,一个是传荷电阻Rct,他们之间是串联关系,总的阻抗为法拉第阻抗。那么电解液在这过程中,如何评价呢? 我们知道一般的电解液中溶剂主要有环状碳酸酯(EC等)和线性碳酸酯(DMC等),一般来说环状碳酸酯的电化学动力学比线性碳酸酯的大,那么在选取溶剂的时候就要考虑到这点,有时候为了增大扩散速率就要多比例的线性碳酸酯。

举例说来就这些,总而言之,言而总之,电解液看起来很简单,但其实要深入的了解其实里面还有很多的知识,很多的内容需要大家慢慢去消化,这次就写这么多,这篇是提供一个思路和方法给大家,写的有点乱,大家包涵,下篇呢我就对电解液和添加剂的一个详细的介绍吧。


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