◆Quali sunnu l'elittroliti acquei?
◆Introduzzioni a l'elittroliti sulidi
L'elittrolitu, nu cumpunenti ndispinsàbbili dibattirìi a iòni di litiu-, àvi nu rolu cruciali nnî cicli di càrrica-scaricu dâ battirìa.
Nun è sulu rispunzàbbili dû trasportu efficienti di joni di litiu e dâ cunnuzzioni di currenti, ma àvi macari prupità d'isulamentu elèttronicu pi priviniri efficacimenti lu flussu direttu di elèttruna ntra l'elittrodi pusitivi e nigativi. Parrannu figurativamenti, l'elittrolitu è comu lu "sangu" dintra na battirìa a ioni di litiu, garantinnu la cunnittivitati ntra li matiriali di l'elittrodu pusitivu e nigativu, garantennu accussì lu prugressu lisciu di tuttu lu prucessu di càrrica.
N'elittrolitu idiali pi na battirìa a ioni di litiu-avissi a suddisfari li cincu riquisiti:
(1) High ionic conductivity (>10⁻3S/cm).
(2) Wide electrochemical window (>4,5 V contra Li+/Li).
(3) Bona cumpatibbilità cu l’elittrodi, mantinennu la risistenza ntirfacciali cchiù vascia pussìbbili.
(4) Stabbilità tèrmica e chìmica eccizziunali, pirmittennu â battirìa di funziunari ‘n manera sicura nta n’ampia gamma di timpiraturi.
(5) Vasciu costu, vascia tossicità e rispettuusu dû ambienti.
Cu li dumanni sempri cchiù granni di dinsità enirgètica e dinsità di putenza dâ battirìa, la tecnuluggìa dî battirìi si sbiluppa rapidamenti e li matiriali di l’elittrodi fìciru prugressi enormi. Ô cuntrariu, lu sviluppu dî sistemi elettrolitici è arritardatu. Attualmenti, lu sbiluppu di l’elittroliti di battirìi a ioni di litiu si po classificari nta tri tipi: l’elittroliti nun sulventi acquei, l’elittroliti acquei e l’elittroliti a statu sulidu.
Elittrolitu sulventi nun-acquosu
L'elittroliti sulventi nun-acquei nne battirìi a ioni di litiu si rifirìscinu a sistemi elittrolitici ca nun cuntèninu acqua, cumposti principalmenti di sulventi, suluti (di sòlitu sali di litiu) e agghiuncitina. Sti sulventi non-acquei su' di sòlitu sulventi urganici, chiuttostu ca sulventi acquei, pi evitari l'elettrolisi di l'acqua o li riazziuna avversi cchî matiriali di l'elettrodi. Li sali di litiu su’ li purtatura principali pû trasportu di joni di litiu, li sulventi sèrvinu comu dissuluzzioni, dispersioni e supportu pî sali di litiu, e l’agghiunciti funziònanu principalmenti pi migghiurari li pristazzioni elittruchìmichi o la sicurizza dî batterii di joni di litiu.
L'elittroliti cummirciali (zzoè l'elittroliti liquiti) usati nne batterii a ioni di litiu su' cumposti principalmenti di unu o cchiù sali di litiu dissolti nta du' o cchiù sulventi urganici; l'elittroliti cumposti di nu sulu sulventi sunnu assà rari. Lu mutivu pi usari cchiù sulventi è ca li batteri dû munnu riali-ànnu riquisiti diversi, macari cuntraddittori, ca su' diffìcili di suddisfari usannu un sulu sulventi. Pir esempiu, l'elittroliti ponnu aviri bisognu di na fluidità auta mentri hannu puru na custanti diilèttrica auta; pirciò, li sulventi cu prupità fìsicuchìmichi diversi su' spissu usati 'n cumminazzioni, mustrannu carattirìstichi diversi ô stissu tempu. Sparti, li sali di litiu di sòlitu nun vennu usati simultaniamenti picchì la silizzioni di sali di litiu è limitata, e li so vantaggi nun su' facilmenti evidenti.
Li sulventi urganici idiali avissiru aviri li prupità chiavi siquenti: Prima, ànnu bisognu di na custanti diilèttrica auta pi assicurari na bona dissuluzzioni di sali di litiu; secunnu, avissiru aviri nu puntu di fusiuni vasciu e nu puntu di vugghiuta àutu pi allargari l'intervallu di timpiraturi di funziunamentu di l'elittrolitu; terzu, la vascia viscosità aiuta a prumòviri na migrazzioni efficienti dî joni di litiu ntô menzu; e â fini, sti sulventi avissiru a èssiri picca custusi e aviri na vascia tossicità (idialmenti nun -tossici). Li cumposti di carbunatu, comu unu dî primi e cchiù usati sulventi urganici nnâ nnustria dî batterii a ioni di litiu, òccupanu na pusizzioni cruciali nnô campu di l’elittroliti dî batterii.
Attualmenti, stu tipu di sulventi cumprenni principalmenti du' furmi strutturali: ciclichi e a catina. La tabbella sutta riassumi li paràmitri fìsici rilivanti di tanti sulventi nun -acquei usati cumunimenti, elittroliti e sulventi urganici.
| Catigurìa | Tipu | Struttura | Puntu di fusioni ( gradu ) | Puntu di vugghiuta ( gradu ) | Prissioni dû vapuri ‘nnividuali (25 gradi) | Dinsità rilativa (25 gradi)/(mPa·s) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Carbunatu di etileni (CE) | Ciclicu | 36.4 | 248 | 89,780 | 1,904 (40 gradi) | |
| Carbunatu di prupileni (PC) | Ciclicu | -48.4 | 242 | 64,920 | 2.53 | |
| Carbunati | Carbunatu di butilenu (BC) | Ciclicu | -54.0 | 240 | 53,000 | 3.20 |
| Carbunatu di dimitili (DMC) | Liniari | 4.6 | 91 | 3,107 | 0.59 | |
| Carbunatu di dietili (DEC) | Liniari | -74.3 | 126 | 2,805 | 0.75 | |
| Carbunatu di etili metili (EMC) | Liniari | -53.0 | 110 | 2,958 | 0.65 |
Attualmenti, li sulventi di carbunatu di alchilu su' assai usati nta l'elittroliti. Sti sulventi ànnu na bona risistenza a l’ossidazzioni e mustranu na stabbilità ccizziunali nta cunnizzioni di tinzioni auta. Li carbunati ciclici, comu lu carbunatu di etileni e lu carbunatu di prupileni, su' canusciuti pî so custanti diilèttrichi auti, veni a diri ca ponnu dissolviri li sali di litiu cchiù efficacimenti; cumunca, a causa di forti ntirmuliculari, sti sulventi ànnu viscosità auta, ca rallinta lu muvimentu di joni di litiu dintra di iḍḍi. Ô cuntrariu, li carbunati a catina, comu lu carbunatu di dimitili e lu carbunatu di dietili, puru si ànnu na viscosità cchiù vascia, ànnu puru custanti diilèttrichi rilativamenti vasci, purtannu a n'efficienza di dissuluzzioni rilativamenti scarsa pî sali di litiu. Pirciò, pi priparari sistemi di suluzzioni cu na cunnuttività ionica supiriuri, spissu si ammiscanu tipi diversi di sulventi, comu cumminazziuna PC+DEC o EC+DMC. Li sali di litiu, comu funti di joni di litiu nta l’elittrolitu, ànnu nu rolu mpurtanti nnô trasportu di joni di litiu duranti lu prucessu di càrrica e scarica dî batteri di joni di litiu. Li so funziunalità nfruènzanu direttamenti assai aspetti dî battirìi a ioni di litiu, ntra li quali la dinsità d’enirgìa, la dinsità di putenza, l’intervallu di vurtaggiu upirativu, la durata dû ciclu e la sicurizza. Attualmenti, nnâ ricerca di labburatoriu e nnâ pràtica nnustriali, li sali di litiu cu raggi aniònici granni e stabbilità di riduzzioni auta su' tipicamenti scigghiuti. N basi â so cumpusizzioni chìmica, li sali di litiu ponnu èssiri ampiamenti classificati nta du' catigurìi: sali di litiu inurgànici e sali di litiu urgànici. Furu sbiluppati assai sali di litiu nnurganici, ntra li quali LiPF6, LiClO4, LIBF e LIASF. Ô cuntrariu, li sali di litiu urgànici usati cumunimenti nne batterii di litiu - ioni su' furmulati agghiuncennu gruppi di ritiru di elittruna - a l'aniuna di sti sali di litiu nurganici, comu litiu diussalatu -buratu (LiBOB), litiu difluo{0 difluorusurfunilimidu di litiu (LiFSI) e ditrifluorumitilsurfunilimidu di litiu (LTFSI). La tabbella sutta mustra li prupità fìsicuchìmichi rilivanti di tanti sali di litiu usati cumunimenti nne batterii a joni di litiu.
| Catigurìa | Sali di litiu | Pisu muliculari (g/mol) | Solùbbili nnî carbunati? | Solùbbili nta l’acqua? | Cunnuttività elèttrica (1 mol/L, CE/DMC, 20 gradi) (mS/cm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Sali di litiu inorganici | LiPF6 | 151.91 | Se | Se | 10.00 |
| LiBFL | 93.74 | Se | Se | 4.50 | |
| LiClO4 | 106.40 | Se | Se | 9.00 | |
| Sali di litiu biuloggici | LiTFSI | 287.08 | Se | Se | 6.18 |
| LiFSI | 187.07 | Se | Se | 10.40 | |
| LiBOB | 193.79 | Se | Se | 0.65 |
L'agghiunciti sunnu sustanzi agghiunciuti a l'elittrolitu a cuncintrazzioni vasci (di sòlitu nun cchiù assai dû 10% pi massa) ca ànnu funzioni spicìfichi e ponnu migghiurari assai li carattirìstichi elittruchìmichi dâ battirìa. Basannusi ncapu li so funziuna, sti agghiuncitivi ponnu èssiri classificati nta tanti catigurìi: agghiuncitivi ca fùrmanu pillìculi, ritardanti di ciamma e agghiuncitivi pi evitari la suvraccarica. Sparti, cci su’ agghiuncitivi usati pi migghiurari la cunnuttività, uttimizzari li rinnimenti ‘n cunnizzioni di timpiraturi vasci, o cuntrullari li quantità di tracci e li cuncintrazzioni di HF nnâ suluzzioni di elittroliti.