Zdroj: new energy leader, by
Abstrakt: V současnosti jsou lithiové soli v komerčním elektrolytu lithium-iontových baterií hlavně LiPF6 a LiPF6, které poskytly elektrolytu vynikající elektrochemický výkon, ale LiPF6 má špatnou tepelnou a chemickou stabilitu a je velmi citlivý na vodu.
V současné době jsou soli lithia v komerčním elektrolytu lithium-iontových baterií hlavně LiPF6 a LiPF6 poskytly elektrolytu vynikající elektrochemický výkon.LiPF6 má však špatnou tepelnou a chemickou stabilitu a je velmi citlivý na vodu.Působením malého množství H2O se rozloží kyselé látky, jako je HF, a poté bude pozitivní materiál zkorodován a prvky přechodného kovu budou rozpuštěny a povrch negativní elektrody bude migrován, aby se zničil film SEI. , Výsledky ukazují, že film SEI stále roste, což vede k neustálému snižování kapacity lithium-iontových baterií.
Aby se tyto problémy překonaly, lidé doufali, že lithné soli imidu se stabilnější H2O a lepší tepelnou a chemickou stabilitou, jako jsou soli lithia, jako jsou LiTFSI, lifsi a liftfsi, jsou omezeny nákladovými faktory a anionty solí lithia. např. LiTFSI nelze řešit pro korozi Al fólie apod. LiTFSI lithiová sůl nebyla v praxi aplikována.Nedávno našla VARVARA sharova z německé HIU laboratoře nový způsob aplikace imidových lithných solí jako přísad do elektrolytů.
Nízký potenciál grafitové záporné elektrody v Li-ion baterii povede k rozkladu elektrolytu na jejím povrchu a vytvoření pasivační vrstvy, která se nazývá SEI film.Film SEI může zabránit rozkladu elektrolytu na negativním povrchu, takže stabilita filmu SEI má zásadní vliv na stabilitu cyklu lithium-iontových baterií.Ačkoli soli lithia, jako je LiTFSI, nemohou být nějakou dobu používány jako solut komerčního elektrolytu, byly používány jako přísady a dosáhly velmi dobrých výsledků.Experiment VARVARA Sharova zjistil, že přidání 2 % hm. LiTFSI do elektrolytu může účinně zlepšit výkonnost cyklu lifepo4/grafitové baterie: 600 cyklů při 20 °C a pokles kapacity je menší než 2 %.V kontrolní skupině byl přidán elektrolyt s přísadou 2 hm. % VC.Za stejných podmínek pokles kapacity baterie dosahuje cca 20 %.
Za účelem ověření vlivu různých přísad na výkon lithium-iontových baterií připravila varvarvara sharova slepou skupinu lp30 (EC: DMC = 1:1) bez přísad a experimentální skupinu s VC, LiTFSI, lifsi a liftfsi respektive.Výkon těchto elektrolytů byl hodnocen pomocí knoflíkového půlčlánku a plného článku.
Obrázek výše ukazuje voltametrické křivky elektrolytů slepé kontrolní skupiny a experimentální skupiny.Během redukčního procesu jsme si všimli, že se v elektrolytu slepé skupiny objevil zřejmý proudový pík při asi 0,65 V, což odpovídá redukčnímu rozkladu EC rozpouštědla.Špička rozkladného proudu experimentální skupiny s VC aditivem se posunula k vysokému potenciálu, což bylo způsobeno především tím, že rozkladné napětí VC aditiva bylo vyšší než u EC, proto nejprve došlo k rozkladu, který chránil EC.Voltametrické křivky elektrolytu přidaného s přísadami LiTFSI, lifsi a littfsi se však významně nelišily od křivek slepé skupiny, což naznačovalo, že přísady imidů nemohly snížit rozklad EC rozpouštědla.
Obrázek výše ukazuje elektrochemický výkon grafitové anody v různých elektrolytech.Z účinnosti prvního nabití a vybití je coulombovská účinnost slepé skupiny 93,3 %, první účinnost elektrolytů s LiTFSI, lifsi a liftfsi je 93,3 %, 93,6 % a 93,8 %.První účinnost elektrolytů s přísadou VC je však pouze 91,5 %, což je způsobeno především tím, že při první lithiové interkalaci grafitu se VC rozkládá na povrchu grafitové anody a spotřebovává více Li.
Složení filmu SEI bude mít velký vliv na iontovou vodivost a následně ovlivní rychlostní výkon Li-ion baterie.Při zkoušce rychlostního výkonu bylo zjištěno, že elektrolyt s přísadami lifsi a liftfsi má mírně nižší kapacitu než jiné elektrolyty při vybíjení vysokým proudem.Při testu C/2 cyklu je výkonnost cyklu všech elektrolytů s imidovými přísadami velmi stabilní, zatímco kapacita elektrolytů s přísadami VC klesá.
Aby bylo možné vyhodnotit stabilitu elektrolytu v dlouhodobém cyklu lithium-iontové baterie, VARVARA sharova také připravila LiFePO4 / grafitový plný článek s knoflíkovým článkem a vyhodnotila výkon cyklu elektrolytu s různými přísadami při 20 ℃ a 40 ℃.Výsledky hodnocení jsou uvedeny v tabulce níže.Z tabulky je vidět, že účinnost elektrolytu s aditivem LiTFSI je poprvé výrazně vyšší než účinnost s aditivem VC a cyklovací výkon při 20 ℃ je ještě ohromující.Míra zachování kapacity elektrolytu s přísadou LiTFSI je 98,1 % po 600 cyklech, zatímco míra zachování kapacity elektrolytu s přísadou VC je pouze 79,6 %.Tato výhoda však mizí, když je elektrolyt cyklován při 40 ℃ a všechny elektrolyty mají podobný cyklický výkon.
Z výše uvedené analýzy není těžké vidět, že výkon cyklu lithium-iontové baterie lze výrazně zlepšit, když se jako přísada do elektrolytu použije imidová sůl lithia.Za účelem studia mechanismu působení přísad, jako je LiTFSI v lithium-iontových bateriích, VARVARA Sharova analyzovala složení filmu SEI vytvořeného na povrchu grafitové anody v různých elektrolytech pomocí XPS.Následující obrázek ukazuje výsledky XPS analýzy SEI filmu vytvořeného na povrchu grafitové anody po prvním a 50. cyklu.Je vidět, že obsah LIF ve filmu SEI vytvořeném v elektrolytu s přísadou LiTFSI je výrazně vyšší než v elektrolytu s přísadou VC.Další kvantitativní analýza složení filmu SEI ukazuje, že pořadí obsahu LIF ve filmu SEI je po prvním cyklu lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > prázdná skupina, ale film SEI není po prvním nabití neměnný.Po 50 cyklech se obsah LIF ve filmu SEI v elektrolytu lifsi a liftfsi snížil o 12 % a 43 %, zatímco obsah LIF v elektrolytu přidaném s LiTFSI vzrostl o 9 %.
Obecně si myslíme, že struktura SEI membrány je rozdělena do dvou vrstev: vnitřní anorganická vrstva a vnější organická vrstva.Anorganická vrstva se skládá hlavně z LIF, Li2CO3 a dalších anorganických složek, které mají lepší elektrochemický výkon a vyšší iontovou vodivost.Vnější organická vrstva se skládá hlavně z porézních produktů rozkladu a polymerace elektrolytu, jako je roco2li, PEO a tak dále, které nemají silnou ochranu pro elektrolyt, proto doufáme, že membrána SEI obsahuje více anorganických složek.Imidová aditiva mohou do membrány SEI přinést více anorganických složek LIF, což činí strukturu membrány SEI stabilnější, může lépe zabránit rozkladu elektrolytu v procesu cyklu baterie, snížit spotřebu Li a výrazně zlepšit výkon cyklu baterie.
Jako přísady do elektrolytů, zejména přísady LiTFSI, mohou imidové lithné soli výrazně zlepšit výkon cyklu baterie.Je to způsobeno především tím, že SEI film vytvořený na povrchu grafitové anody má více LIF, tenčí a stabilnější SEI film, což snižuje rozklad elektrolytu a snižuje odpor rozhraní.Ze současných experimentálních dat je však aditivum LiTFSI vhodnější pro použití při pokojové teplotě.Při 40 ℃ nemá přísada LiTFSI žádnou zjevnou výhodu oproti přísadě VC.
Čas odeslání: 15. dubna 2021