Kilde: ny energileder, af
Abstrakt: på nuværende tidspunkt er lithiumsaltene i kommerciel lithium-ion batterielektrolyt hovedsageligt LiPF6 og LiPF6 har givet elektrolytten fremragende elektrokemisk ydeevne, men LiPF6 har dårlig termisk og kemisk stabilitet og er meget følsom over for vand.
På nuværende tidspunkt er lithiumsaltene i kommerciel lithium-ion batterielektrolyt hovedsageligt LiPF6 og LiPF6 har givet elektrolytten fremragende elektrokemisk ydeevne.LiPF6 har dog dårlig termisk og kemisk stabilitet og er meget følsom over for vand.Under påvirkning af en lille mængde H2O vil sure stoffer som HF blive nedbrudt, og derefter vil det positive materiale blive korroderet, og overgangsmetalelementerne vil blive opløst, og overfladen af negativ elektrode vil blive migreret for at ødelægge SEI-film , Resultaterne viser, at SEI-filmen fortsætter med at vokse, hvilket fører til det kontinuerlige fald i kapaciteten af lithium-ion-batterier.
For at overvinde disse problemer har folk håbet, at lithiumsaltene af imid med mere stabil H2O og bedre termisk og kemisk stabilitet, såsom lithiumsalte såsom LiTFSI, lifsi og liftfsi, er begrænset af omkostningsfaktorer og anionerne af lithiumsalte som LiTFSI ikke kan løses for korrosion af Al-folie osv., LiTFSI lithiumsalt er ikke anvendt i praksis.For nylig har VARVARA sharova fra det tyske HIU-laboratorium fundet en ny måde til påføring af imidlithiumsalte som elektrolyttilsætningsstoffer.
Det lave potentiale af grafit negativ elektrode i Li-ion batteri vil føre til nedbrydning af elektrolyt på overfladen, der danner passivering lag, som kaldes SEI film.SEI-film kan forhindre elektrolyt i at nedbrydes på den negative overflade, så stabiliteten af SEI-film har en afgørende indflydelse på cyklusstabiliteten af lithium-ion-batterier.Selvom lithiumsalte som LiTFSI ikke kan bruges som opløst stof i kommerciel elektrolyt i et stykke tid, er det blevet brugt som tilsætningsstoffer og har opnået meget gode resultater.VARVARA sharova-eksperiment viste, at tilsætning af 2 vægt% LiTFSI i elektrolytten effektivt kan forbedre cyklusydelsen for lifepo4/grafitbatterier: 600 cyklusser ved 20 ℃ og kapacitetsnedgangen er mindre end 2%.I kontrolgruppen tilsættes elektrolytten med 2 vægt% VC-additiv.Under de samme forhold når nedgangen i batteriets kapacitet omkring 20%.
For at verificere effekten af forskellige tilsætningsstoffer på ydeevnen af lithium-ion-batterier, blev den tomme gruppe lp30 (EC: DMC = 1:1) uden tilsætningsstoffer og forsøgsgruppen med VC, LiTFSI, lifsi og liftfsi udarbejdet af varvarvara sharova henholdsvis.Ydeevnen af disse elektrolytter blev evalueret ved knap halvcelle og fuld celle.
Figuren ovenfor viser de voltammetriske kurver for elektrolytterne i den blanke kontrolgruppe og den eksperimentelle gruppe.Under reduktionsprocessen bemærkede vi, at en tydelig strømspids optrådte i elektrolytten i den blanke gruppe ved ca. 0,65v, svarende til reduktionsnedbrydningen af EC-opløsningsmiddel.Nedbrydningsstrømspidsen for den eksperimentelle gruppe med VC-additiv skiftede til det høje potentiale, hvilket hovedsageligt skyldtes, at VC-additivets dekomponeringsspænding var højere end EC, derfor skete nedbrydningen først, hvilket beskyttede EC.De voltammetriske kurver for elektrolytten tilsat LiTFSI-, lifsi- og littfsi-additiver var imidlertid ikke signifikant forskellige fra dem for den blanke gruppe, hvilket indikerede, at imidadditiverne ikke kunne reducere nedbrydningen af EC-opløsningsmiddel.
Figuren ovenfor viser den elektrokemiske ydeevne af grafitanode i forskellige elektrolytter.Fra effektiviteten af første opladning og afladning er coulomb-effektiviteten for blank gruppe 93,3%, den første effektivitet af elektrolytter med LiTFSI, lifsi og liftfsi er henholdsvis 93,3%, 93,6% og 93,8%.Imidlertid er den første effektivitet af elektrolytter med VC-additiv kun 91,5%, hvilket hovedsageligt skyldes, at under den første lithium-interkalation af grafit, nedbrydes VC på overfladen af grafitanode og forbruger mere Li.
Sammensætningen af SEI-film vil have stor indflydelse på den ioniske ledningsevne og derefter påvirke hastighedsydelsen af Li-ion-batterier.I rate performance testen viser det sig, at elektrolytten med lifsi og liftfsi additiver har en lidt lavere kapacitet end andre elektrolytter ved høj strømudladning.I C/2-cyklustesten er cyklusydelsen af alle elektrolytter med imidadditiver meget stabil, mens kapaciteten af elektrolytter med VC-additiver falder.
For at evaluere stabiliteten af elektrolyt i den langsigtede cyklus af lithium-ion-batteri, forberedte VARVARA sharova også LiFePO4 / grafit fuld celle med knapcelle, og evaluerede cyklus ydeevne af elektrolyt med forskellige tilsætningsstoffer ved 20 ℃ og 40 ℃.Evalueringsresultaterne er vist i tabellen nedenfor.Det kan ses fra tabellen, at effektiviteten af elektrolytten med LiTFSI-additiv er væsentligt højere end den med VC-additiv for første gang, og cykelydelsen ved 20 ℃ er endnu mere overvældende.Kapacitetsretentionsraten for elektrolytten med LiTFSI-additiv er 98,1 % efter 600 cyklusser, mens kapacitetsretentionsraten for elektrolytten med VC-additiv kun er 79,6 %.Denne fordel forsvinder dog, når elektrolytten cykles ved 40 ℃, og alle elektrolytter har lignende cyklusydelse.
Ud fra ovenstående analyse er det ikke svært at se, at lithium-ion-batteriets cyklusydelse kan forbedres væsentligt, når lithiumimidsalt anvendes som elektrolytadditiv.For at studere virkningsmekanismen for tilsætningsstoffer såsom LiTFSI i lithium-ion-batterier, analyserede VARVARA sharova sammensætningen af SEI-film dannet på overfladen af grafitanode i forskellige elektrolytter af XPS.Den følgende figur viser XPS-analyseresultaterne af SEI-film dannet på overfladen af grafitanode efter den første og den 50. cyklus.Det kan ses, at LIF-indholdet i SEI-filmen dannet i elektrolytten med LiTFSI-additiv er væsentligt højere end i elektrolytten med VC-additiv.Yderligere kvantitativ analyse af sammensætningen af SEI-film viser, at rækkefølgen af LIF-indhold i SEI-film er lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > blank gruppe efter den første cyklus, men SEI-filmen er ikke ufravigelig efter den første opladning.Efter 50 cyklusser faldt LIF-indholdet af SEI-film i lifsi- og liftfsi-elektrolyt med henholdsvis 12 % og 43 %, mens LIF-indholdet i elektrolyt tilsat LiTFSI steg med 9 %.
Generelt tror vi, at strukturen af SEI-membranen er opdelt i to lag: det indre uorganiske lag og det ydre organiske lag.Det uorganiske lag er hovedsageligt sammensat af LIF, Li2CO3 og andre uorganiske komponenter, som har bedre elektrokemisk ydeevne og højere ionisk ledningsevne.Det ydre organiske lag er hovedsageligt sammensat af porøse elektrolytnedbrydnings- og polymerisationsprodukter, såsom roco2li, PEO og så videre, som ikke har nogen stærk beskyttelse for elektrolytten, Derfor håber vi, at SEI-membranen indeholder flere uorganiske komponenter.Imidadditiver kan bringe flere uorganiske LIF-komponenter til SEI-membranen, hvilket gør strukturen af SEI-membranen mere stabil, kan bedre forhindre elektrolytnedbrydning i battericyklusprocessen, reducere Li-forbruget og forbedre batteriets cyklusydelse betydeligt.
Som elektrolyttilsætningsstoffer, især LiTFSI-additiver, kan imidlithiumsalte forbedre batteriets cyklusydelse betydeligt.Dette skyldes hovedsageligt det faktum, at SEI-filmen dannet på overfladen af grafitanode har mere LIF, tyndere og mere stabil SEI-film, hvilket reducerer nedbrydningen af elektrolyt og reducerer grænseflademodstanden.Ud fra de nuværende eksperimentelle data er LiTFSI-additiv dog mere egnet til brug ved stuetemperatur.Ved 40 ℃ har LiTFSI-additiv ingen åbenlys fordel i forhold til VC-additiv.
Indlægstid: 15-apr-2021