Izvor: novi energetski lider, autor
Sažetak: trenutno, litijumske soli u komercijalnim elektrolitima litijum-jonskih baterija su uglavnom LiPF6 i LiPF6 dale su elektrolitu odlične elektrohemijske performanse, ali LiPF6 ima lošu termičku i hemijsku stabilnost i veoma je osetljiv na vodu.
Trenutno, litijumske soli u komercijalnim elektrolitima litijum-jonskih baterija su uglavnom LiPF6 i LiPF6 daju elektrolitu odlične elektrohemijske performanse.Međutim, LiPF6 ima lošu termičku i hemijsku stabilnost i veoma je osetljiv na vodu.Pod dejstvom male količine H2O, kisele supstance kao što je HF će se razgraditi, a zatim će se pozitivni materijal korodirati, a elementi prelaznog metala će se rastvoriti, a površina negativne elektrode će se migrirati da uništi SEI film. , Rezultati pokazuju da SEI film nastavlja rasti, što dovodi do kontinuiranog pada kapaciteta litijum-jonskih baterija.
Kako bi se prevazišli ovi problemi, ljudi su se nadali da su litijeve soli imida sa stabilnijom H2O i boljom termičkom i hemijskom stabilnošću, kao što su litijeve soli kao što su LiTFSI, lifsi i liftfsi, ograničene faktorima troškova i anjonima litijevih soli. kao što je LiTFSI ne može se riješiti za koroziju Al folije itd., LiTFSI litijumska sol nije primijenjena u praksi.Nedavno je VARVARA sharova iz njemačke HIU laboratorije pronašla novi način za primjenu soli imid litijuma kao aditiva za elektrolite.
Nizak potencijal grafitne negativne elektrode u Li-ion bateriji će dovesti do razgradnje elektrolita na njenoj površini, formirajući pasivacijski sloj, koji se naziva SEI film.SEI film može spriječiti raspadanje elektrolita na negativnoj površini, tako da stabilnost SEI filma ima presudan utjecaj na stabilnost ciklusa litijum-jonskih baterija.Iako se litijeve soli kao što je LiTFSI neko vrijeme ne mogu koristiti kao otopina komercijalnog elektrolita, korištena je kao aditivi i postigla je vrlo dobre rezultate.VARVARA sharova eksperiment je otkrio da dodavanje 2wt% LiTFSI u elektrolit može efikasno poboljšati performanse ciklusa lifepo4/grafitne baterije: 600 ciklusa na 20 ℃ i pad kapaciteta je manji od 2%.U kontrolnoj grupi dodat je elektrolit sa 2wt% VC aditiva.Pod istim uslovima, pad kapaciteta baterije dostiže oko 20%.
Kako bi se provjerio učinak različitih aditiva na performanse litijum-jonskih baterija, blanko grupu lp30 (EC: DMC = 1:1) bez aditiva i eksperimentalnu grupu sa VC, LiTFSI, lifsi i liftfsi pripremila je varvarvara Šarova. respektivno.Performanse ovih elektrolita su procijenjene pomoću polu-ćelije i pune ćelije.
Gornja slika prikazuje voltametrijske krivulje elektrolita slepe kontrolne grupe i eksperimentalne grupe.Tokom procesa redukcije, primijetili smo da se u elektrolitu slijepe grupe pojavio očigledan pik struje na oko 0,65v, što odgovara redukcijskoj razgradnji EC rastvarača.Vrh struje razgradnje eksperimentalne grupe sa VC aditivom se pomerio na visoki potencijal, što je uglavnom zbog toga što je napon razgradnje VC aditiva bio veći od onog kod EC, pa je prvo došlo do raspadanja, što je zaštitilo EC.Međutim, voltametrijske krivulje elektrolita dodanog LiTFSI, lifsi i littfsi aditivima nisu se značajno razlikovale od onih u slijepoj grupi, što ukazuje da imidni aditivi ne mogu smanjiti razgradnju EC otapala.
Slika iznad prikazuje elektrohemijske performanse grafitne anode u različitim elektrolitima.Od efikasnosti prvog punjenja i pražnjenja, kulonovska efikasnost slepe grupe je 93,3%, prva efikasnost elektrolita sa LiTFSI, lifsi i liftfsi su 93,3%, 93,6% i 93,8%, respektivno.Međutim, prva efikasnost elektrolita sa VC dodatkom je samo 91,5%, što je uglavnom zbog toga što se tokom prve litijumske interkalacije grafita, VC razlaže na površini grafitne anode i troši više Li.
Sastav SEI filma će imati veliki utjecaj na ionsku provodljivost, a zatim će utjecati na performanse Li ion baterije.U testu performansi brzine utvrđeno je da elektrolit sa lifsi i liftfsi aditivima ima nešto manji kapacitet od ostalih elektrolita u visokostrujnom pražnjenju.U C/2 ciklusnom testu, performanse ciklusa svih elektrolita sa imidnim aditivima su vrlo stabilne, dok se kapacitet elektrolita sa VC aditivima smanjuje.
Kako bi se procijenila stabilnost elektrolita u dugotrajnom ciklusu litijum-jonske baterije, VARVARA sharova je pripremila i LiFePO4 / grafitnu punu ćeliju sa dugmetom i procenila performanse ciklusa elektrolita sa različitim aditivima na 20 ℃ i 40 ℃.Rezultati evaluacije prikazani su u tabeli ispod.Iz tabele se može videti da je efikasnost elektrolita sa LiTFSI dodatkom po prvi put značajno veća od one sa VC aditivom, a performanse ciklusa na 20 ℃ su još veće.Stopa zadržavanja kapaciteta elektrolita sa LiTFSI dodatkom je 98,1% nakon 600 ciklusa, dok je stopa zadržavanja kapaciteta elektrolita sa dodatkom VC samo 79,6%.Međutim, ova prednost nestaje kada se elektrolit okreće na 40 ℃, a svi elektroliti imaju slične performanse ciklusa.
Iz gornje analize nije teško vidjeti da se performanse ciklusa litijum-jonske baterije mogu značajno poboljšati kada se litijum imidna sol koristi kao aditiv za elektrolit.U cilju proučavanja mehanizma djelovanja aditiva kao što je LiTFSI u litijum-jonskim baterijama, VARVARA sharova je analizirala sastav SEI filma formiranog na površini grafitne anode u različitim elektrolitima pomoću XPS-a.Sljedeća slika prikazuje rezultate XPS analize SEI filma formiranog na površini grafitne anode nakon prvog i 50. ciklusa.Vidi se da je sadržaj LIF u SEI filmu formiranom u elektrolitu sa dodatkom LiTFSI značajno veći nego u elektrolitu sa VC dodatkom.Daljnja kvantitativna analiza sastava SEI filma pokazuje da je redoslijed LIF sadržaja u SEI filmu lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > prazna grupa nakon prvog ciklusa, ali SEI film nije nepromjenjiv nakon prvog punjenja.Nakon 50 ciklusa, LIF sadržaj SEI filma u lifsi i liftfsi elektrolitu se smanjio za 12% odnosno 43%, dok je sadržaj LIF elektrolita dodatog LiTFSI povećan za 9%.
Generalno, mislimo da je struktura SEI membrane podijeljena na dva sloja: unutrašnji neorganski sloj i vanjski organski sloj.Neorganski sloj se uglavnom sastoji od LIF, Li2CO3 i drugih neorganskih komponenti, koje imaju bolje elektrohemijske performanse i veću ionsku provodljivost.Vanjski organski sloj se uglavnom sastoji od poroznih proizvoda razgradnje i polimerizacije elektrolita, kao što su roco2li, PEO i tako dalje, koji nema jaku zaštitu za elektrolit, stoga se nadamo da SEI membrana sadrži više anorganskih komponenti.Imidni aditivi mogu donijeti više anorganskih LIF komponenti u SEI membranu, što čini strukturu SEI membrane stabilnijom, može bolje spriječiti razgradnju elektrolita u procesu ciklusa baterije, smanjiti potrošnju Li i značajno poboljšati performanse ciklusa baterije.
Kao aditivi za elektrolite, posebno LiTFSI aditivi, imid litijumove soli mogu značajno poboljšati performanse ciklusa baterije.Ovo je uglavnom zbog činjenice da SEI film formiran na površini grafitne anode ima više LIF, tanji i stabilniji SEI film, što smanjuje razgradnju elektrolita i smanjuje otpor međufaza.Međutim, prema trenutnim eksperimentalnim podacima, LiTFSI aditiv je pogodniji za upotrebu na sobnoj temperaturi.Na 40 ℃, LiTFSI aditiv nema očiglednu prednost u odnosu na VC aditiv.
Vrijeme objave: Apr-15-2021