Báo cáo môn học pin lithium ion vật liệu và linh kiện Đề tài trình bày tổng quan về pin lithium ion

Vào năm 2013, một ARLB khác dựa trên kim loại lithium và dung dịch nước Br2 đã được tiết lộ, có mật độ năng lượng dựa trên vật liệu điện cực có thể trên 1000 Wh kg-1, cao hơn nhiều so vớ

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trường Vật Liệu Khoa Vật liệu điện tử và linh kiện

-   

-BÁO CÁO MÔN HỌC Pin lithium ion: Vật liệu và Linh kiện

Đề tài: Trình bày tổng quan về pin lithium ion

Giảng viên: PGS TS Nguyễn Duy Cường

HVCH: Nguyễn Đăng Tuyên 20231053M

Hà Nội, 2025

MỤC LỤC

1 Lịch sử của pin 3

2 Nguyên lý hoạt động của pin lithium-ion 8

3 Quy trình lắp ráp của pinlithium-ion 12

4 Những đặc tính của các pin lithium-ion 15

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sơ đồ minh họa nguyên lý hoạt động của pin lithium-ion 8

Hình 2: Cấu trúc hóa học của PEO 18

Hình 3: Sơ đồ minh họa chuyển động của các cation trong PEO qua các đoạn mạch polyme (trái) và cụm ion (phải) 19

1 Lịch sử của pin

Pin là một thiết bị cho phép chuyển hoá năng lượng thành điện năng Phạm vi năng lượng của nó có thể từ nanowatt-giờ đến megawatt-giờ Do đó, nó được ứng dụng rất rộng rãi trong các thị trường người tiêu dùng Lịch sử của pin bắt nguồn từ việc phát hiện ra “điện thân thể” trong những năm 1990, như trong bảng 1.1, có một số thông tin rằng pin điện hoá ra đời từ thí nghiệm Frog‘s vessel cổ điển trong thế kỉ thứ nhất trước công nguyên với việc phát hiện ra pin Baghdad, nhưng hầu hết mọi người chấp nhận rằng các công trình của Luigi Galvani tại Đại học Bologna, Ý và Alessandri Volta tại Đại học Pavia, Ý ở cuối thế kỷ thứ mười tám, khởi đầu cho sự tiến bộ của điện hoá và làm cho pin đuợc nhân loại biết đến rộng rãi Trong suốt hai thế kỷ sau đó, công trình của Volta đã có một tác động to lớn về sự tiến độ của khoa học điện hoá bằng cách xúc tác cho một quá trình phát triển nhanh chóng của pin với sự phát hiện tích tụ của loại pin, một số trong số họ trình bày các mốc quan

trọng, được liệt kê trong Bảng 1.1

Năm Sự kiện

1790 Nhà vật lý người Ý Luigi Galvani: “điện thân thể” khi hai

kim loại khác nhau được măc nối tiếp với chân con ếch với nhau

1800 Alessandro Volta: pin đầu tiên gồm các bản điện cực xen

kẽm và đồng, giữa các kim loại với các miếng bìa cứng ngâm trong nước muối Pin voltaic này tạo ra một dòng điện

1821 W.T Brande và Sir Humphrey Davy từ Vương Quốc Anh:

nguyên tố lithium được cách nhiệt bằng cách điện phân oxit lithium

1836

John Frederic Daniell, nhà hoá học và khí tượng học Daniell cell, trong đó bao gồm một bình đồng chứa đầy dung dịch đồng sunfat, trong được nhúng vào một bình không tráng men chứa đầy axit sunfuric và điện cực kẽm

1859 Gaston Plante, nhà vật lý người pháp: pin chì-axit

1866 Georges Leclanche, kỹ sư người Pháp :” pin khô “, bao gồm

điện cực âm của kẽm và điện cực dương của MnO2 được bọc trong chẩt xốp, nhúng vào bình đựng dung dịch NH4Cl

1887 Desmazúe, Dun và Hasslacher: đã nghiên cứu khả năng sử

dụng NiO như một điện cực dương hoạt động trong pin alkaline (pin có chất kiềm)

1890 Jungner va De Michalowski: điều tra việc chuẩn bị NiOOH

1899 Waldermar Jungner, Thuỵ Điển, Pin Ni//Cd đầu tiên

1901 Waldemar Junger và Thomas Edison: Hợp tác và xin cấp

bằng sáng chế trên pin sạc Cd - NiOOH và Fe - NIOOH

1942 Pin thuỷ ngân (Hg)/KOH/Zn)

1970 Pin lưu trữ Canxi MF (GM Delco, Hoa Kỳ) đã thương mại

hoá pin sơ cấp lithium

1976 Ms Whittingham và cộng sự: Pin sạc LI//TiS2

1980 Rachid Yazami: hoán vị lithium có thể đảo ngược thành

Graphite.J Goodenough: LiCoO2 làm vật liệu điện cực dương xen kẽ.B Scrosati: Pin liyhium “loại đá”

1990 Công ty Sony và MoLi: pin lithium-ion

1994 J.R Dahn và cộng sự: pin lithium nước có thể sạc lại

1996 K.M Abraham và cộng sự: Li khan/pin không khí

1997 J.Goodenough: LiFePO4 như là điện cực dương

2009 H.S Zhou và cộng sự: Li//Ni(OH)2 trong chất điện li lai

2010 T Zang và cộng sự: Li ngậm nước/ pin không khí

2012 Y.P Wu và cộng sự: pin lithium dung dịch nước có thể sạc

lại mật độ năng lượng cao sử dụng kim loại Li tráng làm điện cực âm

2013 Y.P Wu và cộng sự: pin có thể nạp lại Li//Br2

Bảng 1.1: Thống kê sự phát triển của pin.

Vào năm 1866, Georges Lechanche tiết lộ pin của mình dựa trên một điện cực âm của thanh kẽm (anode) và hỗn hợp MnO2-Ca là điện cực dương (cathode) ngâm trong dung dịch nước NH4Cl Sau đó, Loại pin này được phát triển thành hai loại phổ biến: pin kẽm cacbon thương mại trong đó chất điện li lỏng được thay thế bằng chất điện li dạng sệt với bột hoặc nghiền thành bột và pin kiềm bao gồm bột kẽm và bột điện phân, tấm ngăn điện cực, và hỗn hợp bột điện cực MnO2-Ca

Ngay cả trước khi khám phá ra của Leclanche, một nhà vật lý người Pháp, Gaston Plante đã phát minh ra pin sạc axit-chì, được đưa vào thương mại sản xuất vào những năm 1880 Phản ứng trong quá trình nạp và phóng điện được biểu diễn trong phương trình 1.1, có hiệu điện thế hở mạch khoảng 2.08V

PbO2 + 2H2SO4 + Pb ⇆ 2PbSO4 + 2H2O Ngoài ra, vào năm 1901, kỹ sư người Thuỵ Điển Waldermar Jungner và Thomas Edison đã phát minh ra pin Ni-Cd có thể sạc lại, có khả năng phản ứng oxy hoá khử trong quá trình nạp và phóng điện được biểu diễn trong phương trình 1.2 và thế hở mạch của nó khoảng 1.35V

Cd + 2NiOOH + 2H2O ⇆ Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2

Tuy nhiên, Vì độc tính của Cd và ảnh hưởng đến hiệu quả nhớ của pin Ni

-Cd, hệ thống này đã được thay thế bằng pin MH - Ni được phát minh sau đó;

phản ứng tổng hợp đối với pin này trong quá trình nạp và phóng điện được biểu diễn trong phương trình 1.3, có thế hở mạch khoảng 1.42 V

M + xNi(OH)2 ⇆ MHx + xNiOOH Các loại pin sử dụng chất điện li dạng dung dịch và mật độ năng lượng của chúng không cao nhỏ hơn 100 Wh kg-1 Trong số tất cả các kim loại, lithium có thế oxy hóa khử thấp nhất và dung tích lý thuyết lớn nhất Nếu nó có thể được sử dụng như một điện cực âm, mật độ năng lượng sẽ được cải thiện rất nhiều Ai cũng biết rằng kim loại lithium hoạt động giống như natri (tự cháy) Do đó, các chất điện li hữu cơ dễ bắt cháy (có đặc điểm “cháy”) như propylene (PC), etylen cacbonat (EC), dimethyl cacbonat (DMC) và dietyl cacbonat (DEC) được sử dụng để tạo ra một hệ thống pin tương thích với mật độ năng lượng cao Pin lithium thường được xuất hiện trên thị trường vào những năm 1970 Các pin lithium ion được phát minh vào những năm 1990, tập đoàn Sony tiết lộ về pin lithium ion đầu tiên vào năm 1991 Gần đây, pin lithium có thể sạc lại được sử dụng dung môi nước (ARLBs) đã được phát triển

Từ năm 2000 đến nay, một số loại pin thế hệ mới liên quan đến pin lithium được phát triển Chúng chủ yếu là pin lithium-sulfur S) và lithium - air (Li-air), có mật độ năng lượng lý thuyết tương ứng là 2600 Wh kg-1 và 11.400 Wh

kg-1 Vào năm 2012, Wuet đã tiết lộ về ARLB mới, trong đó sử dụng phủ kim loại lithium như điện cực âm trong chất điện li sử dụng dung môi nước và mật độ năng lượng được cải thiện rõ rệt Vào năm 2013, một ARLB khác dựa trên kim loại lithium và dung dịch nước Br2 đã được tiết lộ, có mật độ năng lượng dựa trên vật liệu điện cực có thể trên 1000 Wh kg-1, cao hơn nhiều so với pin lithium -ion Với sự phát triển hơn nữa của khoa học và công nghệ pin, pin lithium mới sẽ tiếp tục được phát triển, cải thiện đáng kể chất lượng cuộc sống của loài người

Từ lịch sử ngắn gọn này của pin, có thể thấy rằng pin đã đóng góp rất nhiều vào

sự phát triển bền vững của nền văn minh của chúng ta bằng cách đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp và thị trường tiêu dùng

Một vài thuật ngữ của pin

Một số thuật ngữ cần thiết sử dụng trong pin được giải thích dưới đây

1 Pin thế hệ đầu: điều này đề cập đến pin không thể sạc lại được Thông thường, các phản ứng điện hoá của chúng không thể đảo ngược và năng lượng hoá học chỉ có thể chuyển hoá thành năng lượng điện qua mạch ngoài Tuy nhiên, chúng

ta cần biết là vẫn có một số pin thường cũng có thể sạc lại được, mặc dù hiệu quả của chúng trong quá trình sạc không tốt

2 Pin thế hệ thứ hai: điều này đề cập đến pin có thể sạc và xả nhiều lần Để đạt được điều này, các phản ứng điện hoá của chúng phải là phản ứng thuận nghịch Trong quá trình xả như pin thường nó cung cấp năng lượng điện qua mạch bên ngoài bằng cách sử dụng năng lượng hoá học của nó Trong quá trình sạc điện, năng lượng từ nguồn cung cấp bên ngoài được biến đổi thành năng lượng và được lưu trữ trong pin Quá trình thuận nghịch này có thể được lặp lại hàng trăm

hoặc hàng nghìn lần tuỳ thuộc vào loại pin và chất lượng của nó Do đó, tuổi thọ của pin sạc dài hơn nhiều so với pin thường Ngoài ra nguồn tài nguyên thiên nhiên được sử dụng hiệu quả hơn Để bảo vệ môi trường, sử dụng nhiều các điện

tử hoặc các thiết bị sử dụng pin nạp như là nguồn điện

3 Điện cực dương: điều này đề cập đến một điện cực có thế oxy hoá khử cao hơn điện cực âm và các điện tử đi vào qua mạch ngoài trong quá trình xả Trong quá trình xả này cũng có thể được gọi là cathode do sự xuất hiện của phản ứng khử Trong quá trình sạc xảy ra phản ứng oxi hoá nên khi đó nó được gọi là anode

4 Cài cắm: điều này đề cập đến một quá trình đưa một ion vào một vật chủ thường có cấu trúc phân lớp (điện cực dương hoặc điện cực âm)

5 Bỏ cài: điều này đề cập đến quá trình di chuyển đi ra khỏi cấu trúc phân lớp vật chủ của một ion

6 Điện cực âm: điều này để cập đến một điện cực có thế oxy hoá khử thấp hơn điện cực dương và các điện tử thoát ra qua lớp ngoài của mạch trong quá trình

xả Trong quá trình xả, cũng có thể được gọi là anode do xảy ra phản ứng oxy hoá Trong quá trình sạc, phản ứng khử diễn ra do đó nó được gọi là cathode

7 Điện áp định mức: điều này đề cập đến điện áp trung bình trong tổng quá trình

xả của pin ở tốc độ 0.2C

8 Dung lượng định mức: điều này đề cập đến tổng dung lượng trong quá trình xả của pin ở tốc độ 0.2C

9 Điệp áp hở mạch: điều này đề cập đến điện áp giữa điên cực dương và điện cực âm khi không có tải trên pin

10 Điện thế hoạt động: đây còn được gọi là điện áp mạch kín và đề cập đến hiệu điện thế giữa điện cực âm và điện cực dương khi có tải trên pin

11 Sự xả: điều này đề cập đến một quá trình mà các điện tử được giải phóng bởi điện cực âm và dòng chảy vào điện cực dương qua mạch ngoài Điện cực âm bị oxy hoá, điện cực dương bị giảm và năng lượng hoá học được chuyển đổi thành năng lượng điện

12 Đường xả: điều này đề cập đến sự thay đổi điện áp theo thời gian trong quá trình phóng điện

13 Dung tích xả: điều này đề cập đến số lượng điện tử di chuyển trong quá trình

xả của pin Nó thường được biểu thị dưới dạng tích số của thời gian và dòng điện, chẳng hạn như ampe-giờ và miliampe-giờ

14 Tốc độ xả: Trong mô tả về pin, dòng phóng điện thường được biểu thị bằng C-rate để chuẩn hoá theo dung lượng pin Pin khác nhau thì dung lượng pin khác nhau C-rate là một tiêu chuẩn để đánh giá tốc độ xả so với dung lượng tối đa của

nó Một 1C-rate có nghĩa là dòng xả sẽ phóng điện toàn bộ pin trong 1 giờ

15 Độ xả sâu: điều này đề cập đến phần trăm của dung lượng của pin đã xả với dung lượng tối đa Việc xả ít nhất 80% được gọi là xả sâu

16 Khoảng thời gian: điều này đề cập đến tổng thời gian để pin xả dưới một tải cho đến khi đạt đến điện áp xả ngưỡng dưới

17 Điện áp ngắt/điện áp ngưỡng dưới: là điện áp tối thiểu mà pin còn hoạt động trong quá trình sạc và xả Khi có tải sinh ra sụt áp, sẽ có khác nhau về điện áp thực và điện áp danh định do nguồn có nội trở, nó cũng thay đổi theo giai đoạn sạc và dòng xả/sạc

18 Xả quá mức: đây là hiện tượng xảy ra khi điện áp xả thấp hơn điện áp ngưỡng dưới khi quá trình xả vẫn đang diễn ra Điều này thường dẫn đến một số thiệt hại hoặc ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin đặc biệt là pin sạc

19 Tự xả: đây là một hiện tượng của pin trong đó các phản ứng hoá học bên trong làm giảm dung lượng tích trữ của pin mà không có bất kỳ ghép nối nào giữa các điện cực Hiện tượng tự xả (self-discharge) làm giảm thời gian sử dụng của pin và khi thực sự được đưa vào sử dụng chúng phải có ít nhất một lần sạc đầy

20 Nội trở: là tổng điện trở của pin giữa hai điện cực của nó, bao gồm cả điện trở

từ các bộ thu dòng điện, các vật liệu điện cực, các vách ngăn điện giữa các bản cực dương và cực âm, các chất điện li Thông thường, điện trở bên trong càng nhỏ thì hiệu suất đạt được càng tốt Nó cũng phụ thuộc vào trạng thái sạc/xả của pin Khi nội trở tăng lên, hiệu suất của pin giảm và độ ổn định nhiệt giảm, vì càng nhiều năng lượng trong quá trình sạc được chuyển thành nhiệt

21 Chu kỳ tuổi thọ: đây là số lần pin sạc lại được một cách tuần hoàn (sạc và xả) trước khi nó mất khả năng cho phép sạc Các quá trình xảy ra trong pin không hoàn toàn có thể đảo ngược “về mặt hoá học” và sau lặp lại quá trình sạc/xả, pin

sẽ ngày càng nhận ít lần sạc hơn cho đến đến giới hạn dưới của dung lượng Giới hạn này thường đặt ở mức 80% dung lượng danh định Để so sánh các hệ thống pin khác nhau, giới hạn này phải được trích dẫn cũng như là số lượng của các chu

kỳ Nó phụ thuộc vào loại pin, thành phần hoá học, DOD, thiết kế của pin và nhiệt độ

22 Rò rỉ chất điện li: điều này đề cập đến sự rò rỉ chất điện li từ pin Nó sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của pin và gây thiệt hại cho người sử dụng các thiết bị điện tử

23 Hiện tượng ngắn mạch bên trong: điều này đề cập đến hiện tượng điện cực

âm tiếp xúc với điện cực dương để tạo thành một mạch xuyên suốt Nguyên nhân chính là sự phá huỷ các vách ngăn cách điện, trộn lẫn các tạp chất cách điện và hình thành các nhánh cây

24 Quá trình sạc: điều này đề cập đến một quá trình mà các điện tử được vận chuyển từ điện cực dương sang điện cực âm qua mạch ngoài Điện cực dương bị oxy hoá, điện cực âm bị khử và năng lượng điện được chuyển đổi thành năng lượng hoá học và được lưu trữ trong pin

25 Dòng sạc: điều này đề cập đến sự thay đổi điện áp theo thời gian trong suốt quá trình sạc

26 Hiện tượng sạc quá mức: điều này đề cập đến hiện tượng quá trình sạc vẫn đang tiếp tục xảy ra khi điện áp sạc tăng lên trên điện áp ngưỡng đặt vào hai đầu Trong quá trình sạc quá mức, các phản ứng điện hoá phụ sẽ xảy ra Một vấn đề

được nhiều người biết đến là sự phân huỷ của các chất điện li Để tránh vấn đề này sẽ sử dụng hệ thống sạc do máy tính điều khiển để điều chỉnh điện áp cho từng pin riêng rẻ cho mô đun pin

27 Mật độ năng lượng: điều này đề cập đến năng lượng pin danh định trên một đơn vị thể tích hoặc khối lượng Mật độ năng lượng riêng là một đặc trưng của pin và là thông số ghi trên bao bì

2 Nguyên lý hoạt động của pin lithium-ion

Nguyên lý hoạt động của quá trình sạc và xả trong pin lithium-ion được thảo luận trong phần này, lấy LiCoO2 và graphit làm vật liệu điện cực điển hình Hình minh họa nguyên lý hoạt động và các phản ứng điện hóa xảy ra tại các điện cực được biểu diễn như trong phương trình 1.4 đến 1.6 như sau:

Điện cực dương: LiCoO2 ↔ Li1-xCoO2 + xLi+ +

xe-Điện cực âm: 6C + xLi+ + xe- ↔ LixC6

Tổng phản ứng; 6C + LiCoO2 ↔ LixC6 + Li1-xCoO2

Hình 1: Sơ đồ minh họa nguyên lý hoạt động của pin lithium-ion.

LiCoO2 có cấu trúc mạng tinh thể bát diện phân lớp với sự sắp xếp xen kẽ của các lớp Li+ và Co3+ Trong quá trình sạc, các lithium-ion (trạng thái ion) phân cực từ cấu trúc phân lớp của vật liệu điện cực dương, một điện tử được giải phóng và đồng thời Co3+ bị oxy hóa thành Co4+ Trong quá trình xả, với sự xen phủ của Li+ vào mạng tinh thể, Co4+ bị khử thành Co3+ thu được một điện tử Graphit được sử dụng làm điện cực âm Với sự xen kẽ của Li+ vào lớp trung gian graphit, một điện tử sẽ được tồn tại từ mạng tinh thể đồng thời nó di chuyển sang trạng thái nguyên tử lithium Trong quá trình xả, trạng thái nguyên tử lithium mất

đi một điện tử để trở thành lithium-ion (trạng thái ion) và xả cài từ các lớp graphit Tập đoàn Sony là người đầu tiên gọi là một loại pin lithium- ion, cái tên thường được sử dụng chung trong cộng đồng

Một số yêu cầu đối với vật liệu của pin lithium-ion

Các thành phần quan trọng của pin lithium-ion là điện cực dương, điện cực âm

và chất điện li Yêu cầu của chúng sẽ được thảo luận trong các phần sau

Yêu cầu đối với vật liệu điện cực dương

Các hợp chất xen kẽ thường được sử dụng làm vật liệu điện cực dương trong pin lithium-ion Tốt nhất thì vật liệu điện cực dương nên có các đặc điểm sau:

• Trong hợp chất xen kẽ LixMyXz, ion kim loại (Mn+) nên có thế oxy hoá khử cao để đạt được điện áp ra cao

• Để đạt được dung lượng cao, một số lượng lớn các ion lithium trong hợp chất xen kẽ LixMyXz được cài và bỏ cài tức là giá trị của x càng lớn càng tốt

• Để đảm bảo hiệu suất chu kỳ tốt, sự cài/ bỏ cài của các ion lithium có thể đảo ngược trong toàn bộ quá trình cài/bỏ cài và sẽ có ít hoặc không

có thay đổi trong cấu trúc của vật liệu chủ

• Với sự thay đổi của thế oxy hoá với x càng nhỏ càng tốt, sao cho điện

áp đầu ra của pin thay đổi không đáng kể và có thể duy trì quá trình sạc và xả tương đối ổn định

• Hợp chất xen kẽ nên có độ dẫn điện tốt ( ) và độ dẫn điện của ion lithium ( ) để giảm sự phân cực và để nhận ra sạc/xả ở mật độ dòng cao

• Hợp chất xen kẽ phải có tính ổn định hoá học tốt và không phản ứng với các chất điện li trên toàn bộ dải điện áp

• Để cho phép sạc và xả ở mật độ dòng cao, các ion lithium phải có hệ

số khếch tán tương đối cao trong vật liệu điện cực

• Từ quan điểm trong ứng dụng thực tế, hợp chất xen kẽ phải có giá thành rẻ, không độc hại, và thân thiện với môi trường

Các oxit kim loại được sử dụng để làm vật liệu điện cực dương cho pin lithium-ion thường bao gồm oxit coban lithium, oxit niken lithium, oxit mangan lithium, oxit vanadi và nhiều loại khác như là các oxit sắt Vật liệu điện cực dương 5V và vật liệu điện cực dương loại polyanion (cho đến nay chủ yếu đề cập đến LiFePO4) cũng đã được khảo sát Trong số các vật liệu chính cho vật liệu điện cực dương này thì coban là vật liệu đắt nhất, tiếp theo là niken và sau đó là mangan và vanadium Do đó, giá thành của vật liệu điện cực dương phù hợp với giá thị trường của vật liệu chính Cấu trúc của vật liệu điện cực dương chủ yếu là cấu trúc phân lớp, spin và olive

Yêu cầu đối với vật liệu điện cực âm

Kể từ khi pin lithium-ion phát triển, vật liệu điện cực âm đã được nghiên cứu bao gồm vật liệu carbon graphite, vật liệu carbon vô định hình, vật liệu dựa trên silicon, vật liệu làm từ thiếc, hợp kim mới, oxit nano và các vật liệu khác Vật liệu điện cực âm phải có những đặc điểm sau:

• Khi các ion lithium chèn vào ma trận điện cực âm thì thế oxy hoá khử của nó càng thấp càng tốt Điện áp đầu ra của pin cao, điều này gần với điện thế của lithium kim loại

• Để có được dung tích cao, số lượng các ion lithium nên xen kẽ và phân bổ một cách thuận nghịch trong ma trận, có nghĩa la giá trị x càng lớn càng tốt

• Trong toàn bộ quá trình cài và bỏ cài, để đảm bảo chu kỳ thực hiện tốt thì các ion lithium nên được cài và bỏ cài một cách thuận nghịch,

ma trận nên hiển thị ít hoặc không có thay đổi

• Với sự thay đổi của x, thế oxy hoá khử càng nhỏ càng tốt để điện áp của pin thay đổi không đáng kể, duy trì quá trinh sạc/xả tương đối ổn định

• Các hợp chất xen kẽ nên có độ dẫn điện tốt ( ) và độ dẫn điện của ion lithium ( ) để giảm phân cực và để nhận ra sạc/xả ở mật độ dòng cao

• Vật liệu chủ hoặc vật liệu ma trận phải có cấu trúc bề mặt tốt để một màng chất rắn/mặt phân cách chất điện li (SEI) tốt có thể được hình thành với chất điện li lỏng

• Hợp chất xen kẽ nên có tính ổn định hoá học tốt trên toàn bộ dải điện

áp và không phản ứng với chất điện li sau sự hình thành của SEI

• Các ion lithium nên có hệ số khuếch tán tương đối lớn trong ma trận

để tạo điều kiện sạc và xả nhanh

• Quan điểm ứng dụng trong thực tế, hợp chất xen kẽ phải có giá thành

rẻ, không độc hại và thân thiện với môt trường

Các yêu cầu đối với chất điện li

Các chất điện li đang được sử dụng và nghiên cứu bao gồm chất điện li lỏng, chất điện li hoàn toàn rắn và chất điện li polyme loại gel

Các yêu cầu đối với chất điện li dạng lỏng

Chất điện li dạng lỏng của pin lithium-ion nên có những đặc diểm sau đây:

• Độ dẫn lithium-ion cao: độ dẫn này phải từ 3.10-3 S/cm đến 2.10-2 S/cm trên một phạm vi rộng của nhiệt độ

• Ổn định nhiệt độ tốt: không xảy ra phản ứng phân huỷ trên một phạm vi rộng của nhiệt độ

• Cửa số điện hoá rộng tức là chúng phải có dải điện áp rộng Đối với pin lithium-ion , cửa sổ điện hoá phải ổn định lên đến 4.5V

• Ổn định điện hoá tốt tức là chúng phải phản ứng tối thiểu với các vật liệu của pin như là vật liệu điện cực âm, vật liệu điện cực dương, bộ thu, các vách ngăn cách điện, chất kết dính,…

• Tồn tại ở trạng thái lỏng trong một khoảng nhiệt độ tương đối rộng (-40oC đến 70oC)