Forrás: új energiavezető, által
Absztrakt: Jelenleg a kereskedelmi forgalomban lévő lítium-ion akkumulátor-elektrolit lítium sói főként LiPF6 és LiPF6, amelyek kiváló elektrokémiai teljesítményt biztosítanak az elektrolitnak, de a LiPF6 gyenge termikus és kémiai stabilitással rendelkezik, és nagyon érzékeny a vízre.
Jelenleg a kereskedelmi forgalomban lévő lítium-ion akkumulátor-elektrolit lítium sói főként LiPF6 és LiPF6 kiváló elektrokémiai teljesítményt biztosítanak az elektrolitnak.A LiPF6 azonban gyenge termikus és kémiai stabilitással rendelkezik, és nagyon érzékeny a vízre.Kis mennyiségű H2O hatására a savas anyagok, például a HF lebomlanak, majd a pozitív anyag korrodálódik, és az átmeneti fém elemek feloldódnak, és a negatív elektróda felülete vándorol, hogy elpusztítsa a SEI filmet. , Az eredmények azt mutatják, hogy a SEI film tovább növekszik, ami a lítium-ion akkumulátorok kapacitásának folyamatos csökkenéséhez vezet.
E problémák leküzdése érdekében az emberek azt remélték, hogy a stabilabb H2O-val és jobb termikus és kémiai stabilitással rendelkező imid lítiumsóit, például a lítiumsókat, például a LiTFSI-t, a lifsi-t és a liftfsi-t költségtényezők és a lítium-sók anionjai korlátozzák. mint például a LiTFSI nem oldható meg az Al fólia korróziójára stb., a LiTFSI lítium sót a gyakorlatban nem alkalmazták.A közelmúltban a német HIU laboratórium VARVARA sharova új módot talált az imid lítium sók elektrolit adalékanyagként történő alkalmazására.
A Li-ion akkumulátorban lévő grafit negatív elektróda alacsony potenciálja az elektrolit lebomlásához vezet a felületén, passzivációs réteget képezve, amelyet SEI filmnek neveznek.A SEI film megakadályozhatja az elektrolit lebomlását a negatív felületen, így a SEI film stabilitása döntő hatással van a lítium-ion akkumulátorok ciklusstabilitására.Bár a lítium-sókat, például a LiTFSI-t egy ideig nem lehet kereskedelmi elektrolitok oldott anyagaként használni, adalékanyagként használták, és nagyon jó eredményeket ért el.A VARVARA sharova kísérlet azt találta, hogy 2 tömeg% LiTFSI hozzáadása az elektrolithoz hatékonyan javíthatja a lifepo4/grafit akkumulátor ciklusteljesítményét: 600 ciklus 20 ℃-on, és a kapacitáscsökkenés kevesebb, mint 2%.A kontrollcsoportban 2 tömeg% VC adalékot tartalmazó elektrolitot adunk hozzá.Ugyanezen körülmények között az akkumulátor kapacitásának csökkenése eléri a 20%-ot.
A különböző adalékok lítium-ion akkumulátorok teljesítményére gyakorolt hatásának igazolására az adalékanyagok nélküli lp30 (EC: DMC = 1:1) vakcsoportot és a VC-vel, LiTFSI-vel, lifsi-vel és liftfsi-vel végzett kísérleti csoportot a varvarvara sharova készítette. illetőleg.Ezeknek az elektrolitoknak a teljesítményét gombfélcellás és teljes cellával értékeltük.
A fenti ábra a vak kontrollcsoport és a kísérleti csoport elektrolitjainak voltammetriás görbéit mutatja.A redukciós folyamat során azt vettük észre, hogy a vakcsoport elektrolitjában egy nyilvánvaló áramcsúcs jelent meg körülbelül 0,65 V-nál, ami megfelel az EC oldószer redukciós bomlásának.A VC adalékkal végzett kísérleti csoport bomlási áramcsúcsa a magas potenciálra tolódott el, ami elsősorban azért volt, mert a VC adalék bomlási feszültsége magasabb volt, mint az EC-é, ezért először a bomlás következett be, ami megvédte az EC-t.A LiTFSI, lifsi és littfsi adalékokkal hozzáadott elektrolit voltammetriás görbéi azonban nem különböztek szignifikánsan a vakcsoportétól, ami azt jelzi, hogy az imid adalékok nem tudták csökkenteni az EC oldószer bomlását.
A fenti ábra a grafit anód elektrokémiai teljesítményét mutatja különböző elektrolitokban.Az első töltés és kisütés hatásfokából az üres csoport coulomb-hatékonysága 93,3%, a LiTFSI, lifsi és liftfsi elektrolitok első hatásfoka 93,3%, 93,6% és 93,8%.A VC adalékos elektrolitok első hatásfoka azonban csak 91,5%, ami főként azért van, mert a grafit első lítium interkalációja során a VC a grafit anód felületén lebomlik és több Li-t fogyaszt.
A SEI film összetétele nagy hatással lesz az ionvezetőképességre, majd befolyásolja a Li-ion akkumulátor sebességi teljesítményét.A sebességi teljesítményteszt során azt találták, hogy a lifsi és liftfsi adalékokat tartalmazó elektrolit kapacitása valamivel kisebb, mint más nagyáramú kisülésű elektrolitok.A C / 2 ciklus tesztben az összes imid adalékos elektrolit ciklusteljesítménye nagyon stabil, míg a VC adalékos elektrolitok kapacitása csökken.
A lítium-ion akkumulátor hosszú távú ciklusában az elektrolit stabilitásának értékelése érdekében a VARVARA sharova LiFePO4 / grafit teljes cellát is készített gombelemmel, és értékelte az elektrolit ciklusteljesítményét különböző adalékokkal 20 ℃ és 40 ℃ hőmérsékleten.Az értékelés eredményeit az alábbi táblázat tartalmazza.A táblázatból látható, hogy a LiTFSI adalékos elektrolit hatékonysága lényegesen magasabb, mint az első alkalommal VC adalékoké, és a kerékpározási teljesítmény 20 ℃-on még elsöprő.A LiTFSI adalékos elektrolit kapacitásmegtartási aránya 600 ciklus után 98,1%, míg a VC adalékos elektrolit kapacitásmegtartási aránya csak 79,6%.Ez az előny azonban eltűnik, ha az elektrolitot 40 ℃-on ciklusolják, és minden elektrolit hasonló ciklusteljesítményű.
A fenti elemzésből nem nehéz belátni, hogy a lítium-ion akkumulátor ciklusteljesítménye jelentősen javítható, ha lítium-imid sót használnak elektrolit adalékként.A lítium-ion akkumulátorokban lévő adalékanyagok, például a LiTFSI hatásmechanizmusának tanulmányozása érdekében a VARVARA sharova elemezte a grafitos anód felületén XPS által különböző elektrolitokban képződött SEI film összetételét.A következő ábra a grafit anód felületén képződött SEI film XPS analízisének eredményeit mutatja az első és az 50. ciklus után.Látható, hogy a LiTFSI adalékos elektrolitban képződött SEI film LIF tartalma lényegesen magasabb, mint a VC adalékos elektrolitban.A SEI film összetételének további kvantitatív elemzése azt mutatja, hogy a SEI filmben a LIF tartalom sorrendje lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > üres csoport az első ciklus után, de a SEI fólia az első töltés után sem változatlan.50 ciklus után a lifsi és liftfsi elektrolit SEI filmjének LIF tartalma 12%-kal, illetve 43%-kal csökkent, míg a LiTFSI-vel hozzáadott elektrolit LIF tartalma 9%-kal nőtt.
Általában azt gondoljuk, hogy a SEI membrán szerkezete két rétegre oszlik: a belső szervetlen rétegre és a külső szerves rétegre.A szervetlen réteg főleg LIF-ből, Li2CO3-ból és más szervetlen komponensekből áll, amelyek jobb elektrokémiai teljesítménnyel és nagyobb ionvezető képességgel rendelkeznek.A külső szerves réteg főleg porózus elektrolit bomlási és polimerizációs termékekből áll, mint például a roco2li, PEO és így tovább, amelyeknek nincs erős védelme az elektrolit számára, ezért reméljük, hogy a SEI membrán több szervetlen komponenst tartalmaz.Az imid adalékok több szervetlen LIF komponenst hozhatnak a SEI membránba, ami stabilabbá teszi a SEI membrán szerkezetét, jobban megakadályozza az elektrolit bomlását az akkumulátor ciklus folyamatában, csökkenti a Li fogyasztást, és jelentősen javítja az akkumulátor ciklusteljesítményét.
Elektrolit adalékokként, különösen a LiTFSI adalékokként, az imid lítium sók jelentősen javíthatják az akkumulátor ciklusteljesítményét.Ez elsősorban annak tudható be, hogy a grafit anód felületén kialakított SEI film több LIF-et, vékonyabb és stabilabb SEI filmet tartalmaz, ami csökkenti az elektrolit bomlását és csökkenti az interfész ellenállását.A jelenlegi kísérleti adatok alapján azonban a LiTFSI adalék alkalmasabb szobahőmérsékleten történő használatra.40 ℃-on a LiTFSI adaléknak nincs nyilvánvaló előnye a VC adalékkal szemben.
Feladás időpontja: 2021.04.15