Zdroj: nový energetický líder, autor
Abstrakt: V súčasnosti sú lítiové soli v komerčnom elektrolyte lítium-iónových batérií hlavne LiPF6 a LiPF6, ktoré poskytli elektrolytu vynikajúci elektrochemický výkon, ale LiPF6 má zlú tepelnú a chemickú stabilitu a je veľmi citlivý na vodu.
V súčasnosti sú lítiové soli v komerčnom elektrolyte lítium-iónových batérií hlavne LiPF6 a LiPF6, ktoré poskytli elektrolytu vynikajúci elektrochemický výkon.LiPF6 má však zlú tepelnú a chemickú stabilitu a je veľmi citlivý na vodu.Pôsobením malého množstva H2O sa rozložia kyslé látky, ako je HF, a potom bude pozitívny materiál korodovaný a prvky prechodného kovu sa rozpustia a povrch negatívnej elektródy sa migruje, aby sa zničil film SEI. , Výsledky ukazujú, že film SEI naďalej rastie, čo vedie k neustálemu poklesu kapacity lítium-iónových batérií.
Aby sa tieto problémy prekonali, ľudia dúfali, že lítiové soli imidu so stabilnejšou H2O a lepšou tepelnou a chemickou stabilitou, ako sú lítiové soli, ako sú LiTFSI, lifsi a liftfsi, sú obmedzené nákladovými faktormi a aniónmi lítiových solí. ako napríklad LiTFSI nie je možné riešiť pre koróziu Al fólie a pod., lítna soľ LiTFSI sa v praxi neuplatnila.Nedávno VARVARA Sharova z nemeckého HIU laboratória našla nový spôsob aplikácie imidových lítiových solí ako prísad do elektrolytov.
Nízky potenciál grafitovej zápornej elektródy v lítium-iónovej batérii povedie k rozkladu elektrolytu na jej povrchu, čím sa vytvorí pasivačná vrstva, ktorá sa nazýva SEI film.Film SEI môže zabrániť rozkladu elektrolytu na negatívnom povrchu, takže stabilita filmu SEI má zásadný vplyv na stabilitu cyklu lítium-iónových batérií.Hoci lítiové soli, ako je LiTFSI, nie je možné istý čas použiť ako roztok komerčného elektrolytu, používa sa ako prísada a dosahuje veľmi dobré výsledky.Experiment VARVARA Sharova zistil, že pridanie 2% hmotn. LiTFSI do elektrolytu môže účinne zlepšiť výkon cyklu lifepo4/grafitovej batérie: 600 cyklov pri 20 ℃ a pokles kapacity je menší ako 2%.V kontrolnej skupine bol pridaný elektrolyt s 2 % hmotn. prísady VC.Za rovnakých podmienok pokles kapacity batérie dosahuje približne 20 %.
Na overenie vplyvu rôznych prísad na výkon lítium-iónových batérií pripravila varvarvara sharova slepú skupinu lp30 (EC: DMC = 1:1) bez prísad a experimentálnu skupinu s VC, LiTFSI, lifsi a liftfsi. resp.Výkon týchto elektrolytov bol hodnotený pomocou gombíkového polovičného článku a plného článku.
Vyššie uvedený obrázok ukazuje voltametrické krivky elektrolytov slepej kontrolnej skupiny a experimentálnej skupiny.Počas procesu redukcie sme si všimli, že v elektrolyte slepej skupiny sa objavil zjavný prúdový vrchol pri asi 0, 65 V, čo zodpovedá redukčnému rozkladu EC rozpúšťadla.Vrchol rozkladného prúdu experimentálnej skupiny s prísadou VC sa posunul k vysokému potenciálu, čo bolo spôsobené najmä tým, že rozkladné napätie prísady VC bolo vyššie ako napätie EC, a preto najskôr došlo k rozkladu, ktorý chránil EC.Avšak voltametrické krivky elektrolytu pridaného s prísadami LiTFSI, lifsi a littfsi sa významne nelíšili od krivky slepej skupiny, čo naznačuje, že imidové prísady nemohli znížiť rozklad rozpúšťadla EC.
Obrázok vyššie ukazuje elektrochemický výkon grafitovej anódy v rôznych elektrolytoch.Z účinnosti prvého nabitia a vybitia je coulombová účinnosť slepej skupiny 93,3 %, prvá účinnosť elektrolytov s LiTFSI, lifsi a liftfsi je 93,3 %, 93,6 % a 93,8 %.Prvá účinnosť elektrolytov s prísadou VC je však len 91,5 %, čo je spôsobené najmä tým, že pri prvej lítiovej interkalácii grafitu sa VC rozkladá na povrchu grafitovej anódy a spotrebuje viac Li.
Zloženie filmu SEI bude mať veľký vplyv na iónovú vodivosť a potom ovplyvní výkon lítium-iónovej batérie.Pri rýchlostnom výkonovom teste sa zistilo, že elektrolyt s prísadami lifsi a liftfsi má pri vysokoprúdovom vybíjaní o niečo nižšiu kapacitu ako ostatné elektrolyty.V teste C/2 cyklov je výkon cyklu všetkých elektrolytov s imidovými prísadami veľmi stabilný, zatiaľ čo kapacita elektrolytov s prísadami VC klesá.
Aby bolo možné vyhodnotiť stabilitu elektrolytu v dlhodobom cykle lítium-iónovej batérie, VARVARA sharova tiež pripravila LiFePO4 / grafitový plný článok s gombíkovým článkom a vyhodnotila výkon cyklu elektrolytu s rôznymi prísadami pri 20 ℃ a 40 ℃.Výsledky hodnotenia sú uvedené v tabuľke nižšie.Z tabuľky je zrejmé, že účinnosť elektrolytu s prísadou LiTFSI je výrazne vyššia ako účinnosť s prísadou VC po prvýkrát a cyklický výkon pri 20 ℃ je ešte ohromujúci.Miera zachovania kapacity elektrolytu s prísadou LiTFSI je 98,1 % po 600 cykloch, kým miera zachovania kapacity elektrolytu s prísadou VC je len 79,6 %.Táto výhoda však zmizne, keď sa elektrolyt cykluje pri 40 ℃ a všetky elektrolyty majú podobný cyklický výkon.
Z vyššie uvedenej analýzy nie je ťažké vidieť, že výkon cyklu lítium-iónovej batérie sa môže výrazne zlepšiť, keď sa ako prísada do elektrolytu použije lítiumimidová soľ.S cieľom študovať mechanizmus pôsobenia prísad, ako je LiTFSI v lítium-iónových batériách, VARVARA Sharova analyzovala zloženie filmu SEI vytvoreného na povrchu grafitovej anódy v rôznych elektrolytoch pomocou XPS.Nasledujúci obrázok ukazuje výsledky XPS analýzy filmu SEI vytvoreného na povrchu grafitovej anódy po prvom a 50. cykle.Je možné vidieť, že obsah LIF vo filme SEI vytvorenom v elektrolyte s prísadou LiTFSI je výrazne vyšší ako v elektrolyte s prísadou VC.Ďalšia kvantitatívna analýza zloženia filmu SEI ukazuje, že poradie obsahu LIF vo filme SEI je po prvom cykle lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > prázdna skupina, ale film SEI nie je po prvom nabití nemenný.Po 50 cykloch sa obsah LIF vo filme SEI v elektrolyte lifsi a liftfsi znížil o 12 % a 43 %, zatiaľ čo obsah LIF v elektrolyte pridanom s LiTFSI sa zvýšil o 9 %.
Vo všeobecnosti si myslíme, že štruktúra SEI membrány je rozdelená na dve vrstvy: vnútornú anorganickú vrstvu a vonkajšiu organickú vrstvu.Anorganická vrstva sa skladá hlavne z LIF, Li2CO3 a ďalších anorganických zložiek, ktoré majú lepší elektrochemický výkon a vyššiu iónovú vodivosť.Vonkajšia organická vrstva sa skladá hlavne z poréznych produktov rozkladu a polymerizácie elektrolytov, ako je roco2li, PEO atď., ktoré nemajú silnú ochranu pre elektrolyt, preto dúfame, že membrána SEI obsahuje viac anorganických zložiek.Imidové prísady môžu do membrány SEI priniesť viac anorganických zložiek LIF, vďaka čomu je štruktúra membrány SEI stabilnejšia, môže lepšie zabrániť rozkladu elektrolytu v procese cyklu batérie, znížiť spotrebu Li a výrazne zlepšiť výkon cyklu batérie.
Ako prísady do elektrolytov, najmä prísady LiTFSI, môžu imidové lítne soli výrazne zlepšiť výkon cyklu batérie.Je to spôsobené hlavne tým, že SEI film vytvorený na povrchu grafitovej anódy má viac LIF, tenší a stabilnejší SEI film, čo znižuje rozklad elektrolytu a znižuje odpor rozhrania.Zo súčasných experimentálnych údajov je však aditívum LiTFSI vhodnejšie na použitie pri izbovej teplote.Pri 40 ℃ nemá prísada LiTFSI žiadnu zjavnú výhodu oproti prísade VC.
Čas odoslania: 15. apríla 2021