リチウムイオンは有機電解質中でどのように移動しますか？

有機電解質

図1に示すように、電解質はリチウム電池内のキャリアとして機能し、正と負の材料間のイオン輸送のための輸送経路を提供します。帯電過程を例にとると、正極活物質からLi +が除去され、正極の固相粒子表面のLi +濃度が低下するため、の内部と表面で濃度差が生じる。 Li +が粒子を生成して、内側から外側に拡散するようにします。同時に、粒子表面の電気化学反応により生成されたLi +が電解質に入り、液相の界面領域の局所濃度が上昇し、液相内の濃度に差が生じ、拡散と移動が起こります。内側から外側へのLi +の。負極領域では、負極粒子が電解質中のLi +と電気化学的に反応するため、液相中のLi +が消費され、液相中のLi +濃度が低下し、濃度差が生じて、外側から内側への溶液相のLi +の拡散と移動。

同時に、負極粒子の表面で電気化学反応が起こり、Li +が挿入されて粒子内部の濃度に差が生じ、Li +が粒子の外側から内側に拡散します。セパレータでは、正極と負極による濃度差により、この領域のLi +が正極から負極への拡散と移動を引き起こし、放電プロセスは上記のプロセスとは逆になります。上記のプロセスから、リチウム電池の正常で効率的な動作は、主に電池内のリチウムイオンの移動によって決定されることがわかります。リチウムイオンの移動は電解質の性質によって制限され、電解質の性質は主に以下の要因の影響を受けます。

リチウム塩の溶解

電解質は溶質と溶媒で構成されています。溶質は、一般に、複数の有機溶媒の組み合わせの液体から選択される。 LiPF6が溶媒に溶解すると、リチウムイオンとPF6負イオンが形成されます。リチウム塩の溶解度は溶媒の誘電率と密接に関係しており、誘電率が大きいほどリチウム塩の溶解度が高くなります。リチウムイオンが溶媒分子に完全に囲まれると、リチウムイオンに対する負イオンの影響が弱まり、いわゆる溶解が起こります。リチウム塩の場合、陰イオンが大きいほど、電解質のイオン伝導性とそれ自体の溶解が良くなります。陰イオンが大きいほど、負電荷を分散させやすくなり、陽イオンのペアリングを防ぐことができるからです。

2.電解質の粘度

電解質の粘度はイオンの動きに重要な影響を及ぼし、粘度が低いほどイオンの動きが良くなります。

上記のように、リチウムイオンは、電極液の溶解および粘度の影響下で輸送および移動される。式1では、t +は輸送の数、i +とi-はそれぞれ陽イオンと陰イオンによって形成される電流を表し、u±は陰イオンと陽イオンの移動度を表し、D±は陰イオンと陽イオンの拡散係数。

実際、イオン抵抗は陰イオンと陽イオンだけでなく、溶媒にも関係しています。イオン移動の数は、式2で表すことができます。

これらの中でも、TLI ++は、リチウムイオンの移動の数を表し、ΔVは、分極電圧であり、Iは（∞）分極後の定常電流であり、そしてRbおよびRCTは、バルク抵抗と電荷移動抵抗です。

単相溶媒系の電解質は、高導電率と低粘度の両方を持つことは困難です。したがって、一般的に使用される電解質溶媒は、二成分電解質などのさまざまな溶媒によって配合されます。 （リチウム塩）+（1-w）（溶媒A）+ w（溶媒B）、リチウム塩のm単位は一般にモル濃度、mol / kgであり、wは溶媒の質量分率です。単位電解質の場合、電解質の粘度とイオン伝導度を予測する信頼できる理論はありません。 Jones–Dole（JD）とDebye–Hückel–Onsager（DHO）は、式3と式4の2つの実験式を提案しました。

ここで、μrは相対粘度、μは溶液粘度、μ0は純粋な溶媒粘度、Cはリチウム塩濃度、A、B、Dは係数、Λはモル伝導率、Λ0はモル伝導率です。無限希釈状態。 Sは溶媒の物理的性質と電解質の性質に影響されるパラメータであり、Cは溶質の濃度です。リチウム塩と溶媒の種類が変化した場合は、実験式も変更する必要があります。混合システム電解質の場合、式はより複雑になります。

したがって、新しい多成分電解質を構成する場合、電解質の性能をテストして決定する必要があり、事前推定を実行することはできません。イオン伝導性は電池の性能に大きな影響を与えますが、SEIの形成や性能などの他の要素も非常に重要な要素であり、高倍率での電解質の安定性や毒性なども考慮する必要があります。つまり、イオン伝導度パラメータを検討する前に、実際の生産アプリケーションに関連するすべての要因を考慮する必要があります。

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