Джерело: лідер нової енергії, автор
Анотація: на даний момент солі літію в комерційному електроліті для літій-іонних акумуляторів є переважно LiPF6, і LiPF6 забезпечує електроліт відмінними електрохімічними характеристиками, але LiPF6 має низьку термічну та хімічну стабільність і дуже чутливий до води.
В даний час солі літію в комерційному електроліті для літій-іонних акумуляторів в основному є LiPF6, і LiPF6 забезпечує електроліт відмінними електрохімічними характеристиками.Однак LiPF6 має низьку термічну та хімічну стабільність і дуже чутливий до води.Під дією невеликої кількості H2O кислотні речовини, такі як HF, будуть розкладатися, а потім позитивний матеріал буде корозувати, а елементи перехідного металу будуть розчинені, а поверхня негативного електрода буде мігрувати, щоб зруйнувати плівку SEI. , Результати показують, що плівка SEI продовжує рости, що призводить до постійного зниження ємності літій-іонних акумуляторів.
Щоб подолати ці проблеми, люди сподівалися, що літієві солі іміду з більш стабільною H2O та кращою термічною та хімічною стабільністю, такі як солі літію, такі як LiTFSI, lifsi та liftfsi, обмежені факторами вартості та аніонами солей літію. такі як LiTFSI не можна вирішити для корозії алюмінієвої фольги тощо, сіль літію LiTFSI не застосовувалася на практиці.Нещодавно ВАРВАРА Шарова з німецької лабораторії HIU знайшла новий спосіб застосування імідних солей літію як добавок до електролітів.
Низький потенціал графітового негативного електрода в літій-іонній батареї призведе до розкладання електроліту на його поверхні, утворюючи шар пасивації, який називається плівкою SEI.Плівка SEI може запобігти розкладанню електроліту на негативній поверхні, тому стабільність плівки SEI має вирішальний вплив на стабільність циклу літій-іонних батарей.Хоча солі літію, такі як LiTFSI, деякий час не можна використовувати як розчинну речовину комерційного електроліту, їх використовували як добавки та досягли дуже хороших результатів.Експеримент VARVARA sharova виявив, що додавання 2 мас.% LiTFSI в електроліт може ефективно покращити продуктивність циклу lifepo4/графітової батареї: 600 циклів при 20 ℃ і зниження ємності становить менше 2%.У контрольній групі додають електроліт з добавкою VC 2% мас.За тих же умов падіння ємності акумулятора досягає приблизно 20%.
Щоб перевірити вплив різних добавок на продуктивність літій-іонних батарей, варварвара Шарова підготувала порожню групу lp30 (EC: DMC = 1:1) без добавок та експериментальну групу з VC, LiTFSI, lifsi та liftfsi. відповідно.Ефективність цих електролітів оцінювали за кнопковою половиною та повною коміркою.
На малюнку вище наведено вольтамперометричні криві електролітів холостої контрольної групи та дослідної групи.Під час процесу відновлення ми помітили, що в електроліті контрольної групи з’явився очевидний пік струму приблизно при 0,65 В, що відповідає відновному розкладанню розчинника EC.Пік струму розкладання експериментальної групи з добавкою VC зміщувався до високого потенціалу, головним чином тому, що напруга розкладання добавки VC була вищою, ніж напруга EC, тому розкладання відбувалося спочатку, що захищало EC.Однак вольтамперометричні криві електроліту, доданого з добавками LiTFSI, lifsi та littfsi, суттєво не відрізнялися від кривих контрольної групи, що вказувало на те, що імідні добавки не могли зменшити розкладання розчинника EC.
На малюнку вище показані електрохімічні характеристики графітового анода в різних електролітах.З ефективності першого заряду та розряду кулонівська ефективність холостої групи становить 93,3%, перша ефективність електролітів з LiTFSI, lifsi та liftfsi становить 93,3%, 93,6% та 93,8% відповідно.Однак перша ефективність електролітів з добавкою VC становить лише 91,5%, головним чином тому, що під час першої інтеркаляції літію графіту VC розкладається на поверхні графітового анода та споживає більше Li.
Склад плівки SEI матиме великий вплив на іонну провідність, а потім вплине на продуктивність літій-іонної батареї.Під час випробування швидкості виявлено, що електроліт із добавками lifsi та liftfsi має дещо нижчу ємність, ніж інші електроліти при сильному розряді.У випробуванні циклу C / 2 продуктивність циклу всіх електролітів з імідними добавками дуже стабільна, тоді як ємність електролітів з добавками VC знижується.
Щоб оцінити стабільність електроліту в довгостроковому циклі літій-іонної батареї, VARVARA sharova також підготувала LiFePO4 / графітову повну комірку з кнопковою коміркою та оцінила цикл роботи електроліту з різними добавками при 20 ℃ і 40 ℃.Результати оцінювання наведено в таблиці нижче.З таблиці видно, що ефективність електроліту з добавкою LiTFSI значно вища, ніж з добавкою VC вперше, а продуктивність циклу при 20 ℃ ще більша.Коефіцієнт збереження ємності електроліту з добавкою LiTFSI становить 98,1% після 600 циклів, тоді як коефіцієнт збереження ємності електроліту з добавкою VC становить лише 79,6%.Однак ця перевага зникає, коли електроліт циклюється при 40 ℃, і всі електроліти мають однакові циклічні характеристики.
З наведеного вище аналізу неважко побачити, що продуктивність циклу літій-іонної батареї може бути значно покращена, якщо сіль іміду літію використовується як добавка до електроліту.Щоб вивчити механізм дії таких добавок, як LiTFSI, в літій-іонних батареях, ВАРВАРА Шарова проаналізувала склад плівки SEI, утвореної на поверхні графітового анода в різних електролітах за допомогою XPS.На наступному малюнку показано результати аналізу XPS плівки SEI, утвореної на поверхні графітового анода після першого та 50-го циклів.Видно, що вміст LIF у плівці SEI, сформованій в електроліті з добавкою LiTFSI, значно вищий, ніж в електроліті з добавкою VC.Подальший кількісний аналіз складу плівки SEI показує, що порядок вмісту LIF у плівці SEI такий: lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > пуста група після першого циклу, але плівка SEI не є незмінною після першого заряду.Після 50 циклів вміст LIF плівки SEI в електроліті lifsi та liftfsi зменшився на 12% і 43% відповідно, тоді як вміст LIF електроліту, доданого з LiTFSI, збільшився на 9%.
Загалом ми вважаємо, що структура мембрани SEI розділена на два шари: внутрішній неорганічний шар і зовнішній органічний шар.Неорганічний шар в основному складається з LIF, Li2CO3 та інших неорганічних компонентів, які мають кращі електрохімічні характеристики та вищу іонну провідність.Зовнішній органічний шар в основному складається з пористих продуктів розкладання та полімеризації електроліту, таких як roco2li, PEO тощо, які не мають сильного захисту для електроліту, тому ми сподіваємося, що мембрана SEI містить більше неорганічних компонентів.Імідні добавки можуть принести більше неорганічних компонентів LIF до мембрани SEI, що робить структуру мембрани SEI більш стабільною, може краще запобігати розкладанню електроліту в процесі циклу батареї, зменшити споживання літію та значно покращити продуктивність циклу батареї.
Як електролітні добавки, особливо добавки LiTFSI, імідні солі літію можуть значно покращити продуктивність циклу батареї.Це головним чином пов’язано з тим, що плівка SEI, утворена на поверхні графітового анода, має більше LIF, тоншу та стабільнішу плівку SEI, що зменшує розкладання електроліту та зменшує опір поверхні розділу.Однак, згідно з поточними експериментальними даними, добавка LiTFSI більше підходить для використання при кімнатній температурі.При 40 ℃ добавка LiTFSI не має очевидної переваги над добавкою VC.
Час публікації: 15 квітня 2021 р