Sursa: nou lider energetic, de
Rezumat: în prezent, sărurile de litiu din electrolitul comercial al bateriei cu litiu-ion sunt în principal LiPF6, iar LiPF6 au oferit electrolitului o performanță electrochimică excelentă, dar LiPF6 are o stabilitate termică și chimică slabă și este foarte sensibil la apă.
În prezent, sărurile de litiu din electrolitul comercial al bateriei cu litiu-ion sunt în principal LiPF6, iar LiPF6 au oferit electrolitului o performanță electrochimică excelentă.Cu toate acestea, LiPF6 are o stabilitate termică și chimică slabă și este foarte sensibil la apă.Sub acțiunea unei cantități mici de H2O, substanțele acide precum HF vor fi descompuse, iar apoi materialul pozitiv va fi corodat, iar elementele de metal de tranziție vor fi dizolvate, iar suprafața electrodului negativ va fi migrată pentru a distruge filmul SEI. , Rezultatele arată că filmul SEI continuă să crească, ceea ce duce la scăderea continuă a capacității bateriilor litiu-ion.
Pentru a depăși aceste probleme, oamenii au sperat că sărurile de litiu ale imidei cu H2O mai stabil și o stabilitate termică și chimică mai bună, cum ar fi sărurile de litiu precum LiTFSI, lifsi și liftfsi, sunt limitate de factorii de cost și de anionii sărurilor de litiu. cum ar fi LiTFSI nu poate fi rezolvat pentru coroziunea foliei de Al etc., sarea de litiu LiTFSI nu a fost aplicată în practică.Recent, VARVARA Sharova de la laboratorul german HIU a găsit o nouă modalitate de aplicare a sărurilor de imid litiu ca aditivi electroliți.
Potențialul scăzut al electrodului negativ de grafit din bateria Li-ion va duce la descompunerea electrolitului pe suprafața acestuia, formând un strat de pasivare, care se numește film SEI.Filmul SEI poate preveni descompunerea electrolitului pe suprafața negativă, astfel încât stabilitatea filmului SEI are o influență crucială asupra stabilității ciclului bateriilor litiu-ion.Deși sărurile de litiu precum LiTFSI nu pot fi utilizate ca solut de electrolit comercial pentru o perioadă, acesta a fost folosit ca aditivi și a obținut rezultate foarte bune.Experimentul VARVARA Sharova a constatat că adăugarea a 2% în greutate LiTFSI în electrolit poate îmbunătăți eficient performanța ciclului bateriei lifepo4/grafit: 600 de cicluri la 20 ℃ și scăderea capacității este mai mică de 2%.În grupul de control, se adaugă electrolitul cu 2% în greutate aditiv VC.În aceleași condiții, scăderea capacității bateriei ajunge la aproximativ 20%.
Pentru a verifica efectul diferiților aditivi asupra performanței bateriilor litiu-ion, grupul martor lp30 (EC: DMC = 1:1) fără aditivi și grupul experimental cu VC, LiTFSI, lifsi și liftfsi au fost pregătiți de varvarvara sharova. respectiv.Performanța acestor electroliți a fost evaluată prin semicelulă buton și celulă plină.
Figura de mai sus prezintă curbele voltametrice ale electroliților din grupul martor și din grupul experimental.În timpul procesului de reducere, am observat că un vârf evident de curent a apărut în electrolitul grupului martor la aproximativ 0,65 V, corespunzând descompunerii prin reducere a solventului EC.Vârful curentului de descompunere al grupului experimental cu aditiv VC s-a deplasat la potențialul ridicat, ceea ce s-a datorat în principal pentru că tensiunea de descompunere a aditivului VC a fost mai mare decât cea a EC. Prin urmare, descompunerea a avut loc prima, ceea ce a protejat EC.Cu toate acestea, curbele voltametrice ale electrolitului adăugat cu aditivi LiTFSI, lifsi și littfsi nu au fost semnificativ diferite de cele ale grupului martor, ceea ce a indicat că aditivii imid nu au putut reduce descompunerea solventului EC.
Figura de mai sus arată performanța electrochimică a anodului de grafit în diferiți electroliți.Din randamentul primei încărcări și descărcări, randamentul coulomb al grupului martor este de 93,3%, primul randament al electroliților cu LiTFSI, lifsi și liftfsi sunt de 93,3%, 93,6% și, respectiv, 93,8%.Cu toate acestea, prima eficiență a electroliților cu aditiv VC este de numai 91,5%, ceea ce se datorează în principal pentru că în timpul primei intercalări cu litiu a grafitului, VC se descompune pe suprafața anodului de grafit și consumă mai mult Li.
Compoziția filmului SEI va avea o mare influență asupra conductivității ionice și apoi va afecta performanța ratei bateriei Li-ion.În testul de performanță al ratei, se constată că electrolitul cu aditivi lifsi și liftfsi are o capacitate puțin mai mică decât alți electroliți în descărcare de curent mare.În testul cu ciclu C/2, performanța ciclului tuturor electroliților cu aditivi imid este foarte stabilă, în timp ce capacitatea electroliților cu aditivi VC scade.
Pentru a evalua stabilitatea electrolitului în ciclul de lungă durată al bateriei litiu-ion, VARVARA Sharova a pregătit și o celulă completă LiFePO4 / grafit cu celulă buton și a evaluat performanța ciclului de electrolit cu diferiți aditivi la 20 ℃ și 40 ℃.Rezultatele evaluării sunt prezentate în tabelul de mai jos.Din tabel se poate observa că eficiența electrolitului cu aditiv LiTFSI este semnificativ mai mare decât cea cu aditiv VC pentru prima dată, iar performanța de ciclism la 20 ℃ este și mai copleșitoare.Rata de reținere a capacității a electrolitului cu aditiv LiTFSI este de 98,1% după 600 de cicluri, în timp ce rata de reținere a capacității a electrolitului cu aditiv VC este de doar 79,6%.Cu toate acestea, acest avantaj dispare atunci când electrolitul este ciclat la 40 ℃ și toți electroliții au performanțe de ciclu similare.
Din analiza de mai sus, nu este greu de observat că performanța ciclului bateriei litiu-ion poate fi îmbunătățită semnificativ atunci când sarea de imidă de litiu este utilizată ca aditiv electrolit.Pentru a studia mecanismul de acțiune al aditivilor precum LiTFSI în bateriile litiu-ion, VARVARA Sharova a analizat compoziția filmului SEI format pe suprafața anodului de grafit în diferiți electroliți de XPS.Următoarea figură prezintă rezultatele analizei XPS ale filmului SEI format pe suprafața anodului de grafit după primul și al 50-lea ciclu.Se poate observa că conținutul de LIF în filmul SEI format în electrolitul cu aditiv LiTFSI este semnificativ mai mare decât în electrolitul cu aditiv VC.O analiză cantitativă suplimentară a compoziției filmului SEI arată că ordinea conținutului LIF în filmul SEI este lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > grup gol după primul ciclu, dar filmul SEI nu este invariabil după prima încărcare.După 50 de cicluri, conținutul LIF al filmului SEI în electrolitul lifsi și liftfsi a scăzut cu 12%, respectiv 43%, în timp ce conținutul LIF de electrolit adăugat cu LiTFSI a crescut cu 9%.
În general, credem că structura membranei SEI este împărțită în două straturi: stratul anorganic interior și stratul organic exterior.Stratul anorganic este compus în principal din LIF, Li2CO3 și alte componente anorganice, care au performanțe electrochimice mai bune și o conductivitate ionică mai mare.Stratul organic exterior este compus în principal din produse poroase de descompunere și polimerizare a electroliților, cum ar fi roco2li, PEO și așa mai departe, care nu are o protecție puternică pentru electrolit. Prin urmare, sperăm că membrana SEI conține mai multe componente anorganice.Aditivii de imidă pot aduce mai multe componente LIF anorganice membranei SEI, ceea ce face ca structura membranei SEI să fie mai stabilă, pot preveni mai bine descompunerea electroliților în procesul ciclului bateriei, pot reduce consumul de Li și pot îmbunătăți semnificativ performanța ciclului bateriei.
Ca aditivi electroliți, în special aditivi LiTFSI, sărurile de litiu imid pot îmbunătăți semnificativ performanța ciclului bateriei.Acest lucru se datorează în principal faptului că filmul SEI format pe suprafața anodului de grafit are mai mult LIF, film SEI mai subțire și mai stabil, ceea ce reduce descompunerea electrolitului și reduce rezistența interfeței.Cu toate acestea, din datele experimentale actuale, aditivul LiTFSI este mai potrivit pentru utilizare la temperatura camerei.La 40 ℃, aditivul LiTFSI nu are niciun avantaj evident față de aditivul VC.
Ora postării: 15-apr-2021