As peneiras moleculares de zeólita podem ser aplicadas para desidratar eletrólitos por meio de adsorção física, evitando os efeitos negativos da água e melhorando assim o desempenho e a segurança da bateria de lítio, que tem atraído cada vez mais atenção recentemente.
Constituintes de eletrólitos comuns de lítio
Os solventes orgânicos são o principal constituinte do eletrólito, representando cerca de 80% a 90%. Esses solventes incluem carbonato de etileno (EC), carbonato de dimetila (DMC), carbonato de propileno (PC), carbonato de dietila (DEC), carbonato de etilmetila (EMC), etc.
O sal de lítio é outro constituinte do eletrólito e é a principal fonte de lítio. Esses sais de lítio incluem hexafluorofosfato de lítio (LiPF6), bis(fluorossulfonil)imida de lítio (LiFSI), tetrafluoroborato de lítio (LiBF₄), perclorato de lítio (LiClO₄), etc.
Os aditivos representam cerca de 5% do eletrólito. Esses aditivos incluem aditivos-formadores de filme, aditivos-retardadores de chama, estabilizantes, etc. Por exemplo, aditivos formadores de filme-comuns, como carbonato de vinil (VC), carbonato de vinil fluorado (FEC).
No geral, o desempenho do eletrólito de lítio depende do efeito sinérgico dos solventes, do sal de lítio e dos aditivos. Por exemplo, a combinação de solvente misto EC/DMC e LiPF6pode equilibrar a condutividade iônica e a estabilidade.
Impactos da presença de água nos eletrólitos
Esses constituintes são extremamente sensíveis ao desempenho eletroquímico, água e impurezas podem afetar gravemente a produção e a qualidade das baterias de lítio. Por exemplo:
A água pode reagir quimicamente com os sais de lítio no eletrólito para produzir substâncias nocivas, como ácido fluorídrico (HF) e fluoreto de lítio (LiF), que podem danificar a estrutura da bateria, causar vazamentos ou curtos-circuitos e reduzir a capacidade da bateria.
O filme de interface de eletrólito sólido (SEI) formado pelos aditivos-formadores de filme pode ser danificado pela água, perdendo sua densidade e uniformidade, o que leva ao aumento da resistência interna da bateria e à diminuição da capacidade de descarga.
Durante o carregamento e descarregamento, a água pode se decompor e produzir gases (como CO₂ e H₂), o que aumenta a pressão interna da bateria. Isso pode causar inchaço da bateria, vazamento de líquido e até mesmo fumaça, incêndio e explosão, representando uma ameaça à segurança.
Os perigos da água mencionados no tratamento com solvente também existem no eletrólito. Em resumo, a presença de água afeta a condutividade eletrolítica, a estabilidade da interface eletrolítica e a vida útil e segurança do ciclo da bateria, sendo um fator de controle chave na produção e uso de baterias de lítio.
Peneiras moleculares para desidratação eletrolítica
As aplicações de peneiras moleculares em eletrólitos variam dependendo de suas finalidades específicas, como secagem de solventes, desidratação e desacidificação de eletrólitos, regeneração de eletrólitos e melhoria do desempenho eletroquímico.
A peneira molecular de zeólita tipo 5A é a mais preferida para a desidratação de eletrólitos e pode remover efetivamente a água do eletrólito, evitando aumento da resistência interna e reações eletroquímicas, melhorando assim o desempenho e a segurança da bateria de lítio.
Peneiras moleculares tipo 3A, 4A, 13X, tipo, tipo lítio e zeólita composta podem ser aplicadas seletivamente aos eletrólitos de lítio. Aproveitando sua forte adsorção, propriedade de peneiramento de íons e estabilidade estrutural, para melhorar a pureza, estabilidade e desempenho de ciclagem dos eletrólitos.
