Kilde: ny energileder, av
Sammendrag: for tiden er litiumsaltene i kommersiell litiumionbatterielektrolytt hovedsakelig LiPF6 og LiPF6 har gitt elektrolytten utmerket elektrokjemisk ytelse, men LiPF6 har dårlig termisk og kjemisk stabilitet, og er svært følsom for vann.
For tiden er litiumsaltene i kommersiell litiumionbatterielektrolytt hovedsakelig LiPF6 og LiPF6 har gitt elektrolytten utmerket elektrokjemisk ytelse.LiPF6 har imidlertid dårlig termisk og kjemisk stabilitet, og er svært følsom for vann.Under påvirkning av en liten mengde H2O vil sure stoffer som HF dekomponeres, og da vil det positive materialet bli korrodert, og overgangsmetallelementene vil bli oppløst, og overflaten til negativ elektrode vil bli migrert for å ødelegge SEI-filmen , Resultatene viser at SEI-filmen fortsetter å vokse, noe som fører til kontinuerlig nedgang i kapasiteten til litiumion-batterier.
For å overvinne disse problemene har folk håpet at litiumsaltene av imid med mer stabil H2O og bedre termisk og kjemisk stabilitet, slik som litiumsalter som LiTFSI, lifsi og liftfsi, begrenses av kostnadsfaktorer og anionene til litiumsalter. slik som LiTFSI kan ikke løses for korrosjon av Al-folie etc., LiTFSI litiumsalt er ikke brukt i praksis.Nylig har VARVARA sharova fra det tyske HIU-laboratoriet funnet en ny måte for påføring av imidlitiumsalter som elektrolytttilsetningsstoffer.
Det lave potensialet til grafitt-negativ elektrode i Li-ion-batteriet vil føre til nedbrytning av elektrolytt på overflaten, og danner passiveringslag, som kalles SEI-film.SEI-film kan forhindre at elektrolytt spaltes på den negative overflaten, så stabiliteten til SEI-film har en avgjørende innflytelse på syklusstabiliteten til litiumion-batterier.Selv om litiumsalter som LiTFSI ikke kan brukes som oppløst stoff i kommersiell elektrolytt på en stund, har det blitt brukt som tilsetningsstoffer og har oppnådd meget gode resultater.VARVARA sharova-eksperiment fant at å tilsette 2wt% LiTFSI i elektrolytten effektivt kan forbedre syklusytelsen til lifepo4/grafittbatteriet: 600 sykluser ved 20 ℃ og kapasitetsreduksjonen er mindre enn 2%.I kontrollgruppen tilsettes elektrolytten med 2 vekt% VC-additiv.Under de samme forholdene når nedgangen i kapasiteten til batteriet omtrent 20%.
For å verifisere effekten av ulike tilsetningsstoffer på ytelsen til litium-ion-batterier, ble blankgruppen lp30 (EC: DMC = 1:1) uten tilsetningsstoffer og forsøksgruppen med VC, LiTFSI, lifsi og liftfsi utarbeidet av varvarvara sharova hhv.Ytelsen til disse elektrolyttene ble evaluert med knapp halvcelle og full celle.
Figuren over viser de voltammetriske kurvene til elektrolyttene til den blanke kontrollgruppen og den eksperimentelle gruppen.Under reduksjonsprosessen la vi merke til at en åpenbar strømtopp dukket opp i elektrolytten til den blanke gruppen ved omtrent 0,65v, tilsvarende reduksjonsnedbrytningen av EC-løsningsmiddel.Spaltningsstrømtoppen for den eksperimentelle gruppen med VC-additiv skiftet til det høye potensialet, som hovedsakelig var fordi dekomponeringsspenningen til VC-additiv var høyere enn for EC. Derfor skjedde dekomponeringen først, noe som beskyttet EC.Imidlertid var de voltammetriske kurvene til elektrolytten tilsatt LiTFSI-, lifsi- og littfsi-tilsetningsstoffer ikke signifikant forskjellig fra de for den blanke gruppen, noe som indikerte at imid-tilsetningsstoffene ikke kunne redusere nedbrytningen av EC-løsningsmiddel.
Figuren over viser den elektrokjemiske ytelsen til grafittanode i forskjellige elektrolytter.Fra effektiviteten til første ladning og utladning er coulomb-effektiviteten til blank gruppe 93,3 %, den første effektiviteten til elektrolytter med LiTFSI, lifsi og liftfsi er henholdsvis 93,3 %, 93,6 % og 93,8 %.Imidlertid er den første effektiviteten til elektrolytter med VC-additiv bare 91,5%, noe som hovedsakelig skyldes at under den første litiuminterkaleringen av grafitt, brytes VC ned på overflaten av grafittanode og forbruker mer Li.
Sammensetningen av SEI-filmen vil ha stor innflytelse på den ioniske ledningsevnen, og deretter påvirke hastighetsytelsen til Li-ion-batteriet.I rate ytelsestesten er det funnet at elektrolytten med lifsi og liftfsi additiver har noe lavere kapasitet enn andre elektrolytter ved høy strømutladning.I C / 2 syklustesten er syklusytelsen til alle elektrolyttene med imidtilsetningsstoffer meget stabil, mens kapasiteten til elektrolyttene med VC-tilsetningsstoffer reduseres.
For å evaluere stabiliteten til elektrolytten i langtidssyklusen til litiumionbatteriet, forberedte VARVARA sharova også LiFePO4 / grafitt fullcelle med knappcelle, og evaluerte syklusytelsen til elektrolytt med forskjellige tilsetningsstoffer ved 20 ℃ og 40 ℃.Evalueringsresultatene er vist i tabellen nedenfor.Det kan sees fra tabellen at effektiviteten til elektrolytten med LiTFSI-additiv er betydelig høyere enn den med VC-additiv for første gang, og sykkelytelsen ved 20 ℃ er enda mer overveldende.Kapasitetsretensjonsgraden for elektrolytten med LiTFSI-additiv er 98,1 % etter 600 sykluser, mens kapasitetsretensjonsgraden for elektrolytten med VC-additiv bare er 79,6 %.Imidlertid forsvinner denne fordelen når elektrolytten sykles ved 40 ℃, og alle elektrolyttene har lignende syklingsytelse.
Fra analysen ovenfor er det ikke vanskelig å se at syklusytelsen til litiumionbatterier kan forbedres betydelig når litiumimidsalt brukes som elektrolytttilsetning.For å studere virkningsmekanismen til tilsetningsstoffer som LiTFSI i litiumionbatterier, analyserte VARVARA sharova sammensetningen av SEI-film dannet på overflaten av grafittanode i forskjellige elektrolytter av XPS.Følgende figur viser XPS-analyseresultatene av SEI-film dannet på overflaten av grafittanode etter den første og den 50. syklusen.Det kan sees at LIF-innholdet i SEI-filmen dannet i elektrolytten med LiTFSI-additiv er betydelig høyere enn i elektrolytten med VC-additiv.Ytterligere kvantitativ analyse av sammensetningen av SEI-film viser at rekkefølgen av LIF-innhold i SEI-film er lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > blank gruppe etter den første syklusen, men SEI-filmen er ikke ufravikelig etter den første ladningen.Etter 50 sykluser sank LIF-innholdet i SEI-film i lifsi- og liftfsi-elektrolytt med henholdsvis 12 % og 43 %, mens LIF-innholdet i elektrolytt tilsatt LiTFSI økte med 9 %.
Generelt tror vi at strukturen til SEI-membranen er delt inn i to lag: det indre uorganiske laget og det ytre organiske laget.Det uorganiske laget er hovedsakelig sammensatt av LIF, Li2CO3 og andre uorganiske komponenter, som har bedre elektrokjemisk ytelse og høyere ioneledningsevne.Det ytre organiske laget er hovedsakelig sammensatt av porøse elektrolyttnedbrytnings- og polymerisasjonsprodukter, som roco2li, PEO og så videre, som ikke har noen sterk beskyttelse for elektrolytten. Derfor håper vi at SEI-membranen inneholder flere uorganiske komponenter.Imidtilsetningsstoffer kan bringe flere uorganiske LIF-komponenter til SEI-membranen, noe som gjør strukturen til SEI-membranen mer stabil, kan bedre forhindre nedbrytning av elektrolytt i batterisyklusprosessen, redusere Li-forbruket og betydelig forbedre syklusytelsen til batteriet.
Som elektrolytttilsetningsstoffer, spesielt LiTFSI-tilsetningsstoffer, kan imidlitiumsalter forbedre syklusytelsen til batteriet betydelig.Dette skyldes hovedsakelig det faktum at SEI-filmen dannet på overflaten av grafittanode har mer LIF, tynnere og mer stabil SEI-film, noe som reduserer nedbrytningen av elektrolytt og reduserer grensesnittmotstanden.Men fra de nåværende eksperimentelle dataene er LiTFSI-additiv mer egnet for bruk ved romtemperatur.Ved 40 ℃ har LiTFSI-additiv ingen åpenbar fordel fremfor VC-additiv.
Innleggstid: 15. april 2021