Källa: ny energiledare, av
Sammanfattning: för närvarande är litiumsalterna i kommersiell litiumjonbatterielektrolyt huvudsakligen LiPF6 och LiPF6 har gett elektrolyten utmärkt elektrokemisk prestanda, men LiPF6 har dålig termisk och kemisk stabilitet och är mycket känslig för vatten.
För närvarande är litiumsalterna i kommersiell litiumjonbatterielektrolyt huvudsakligen LiPF6 och LiPF6 har gett elektrolyten utmärkt elektrokemisk prestanda.LiPF6 har dock dålig termisk och kemisk stabilitet och är mycket känslig för vatten.Under inverkan av en liten mängd H2O kommer sura ämnen som HF att sönderdelas, och sedan kommer det positiva materialet att korroderas, och övergångsmetallelementen kommer att lösas upp och ytan på negativ elektrod kommer att migreras för att förstöra SEI-film , Resultaten visar att SEI-filmen fortsätter att växa, vilket leder till en kontinuerlig minskning av kapaciteten hos litiumjonbatterier.
För att övervinna dessa problem har man hoppats att litiumsalterna av imid med mer stabil H2O och bättre termisk och kemisk stabilitet, såsom litiumsalter som LiTFSI, lifsi och liftfsi, begränsas av kostnadsfaktorer och anjonerna av litiumsalter som LiTFSI kan inte lösas för korrosion av Al-folie etc. LiTFSI litiumsalt har inte använts i praktiken.Nyligen har VARVARA sharova från tyska HIU-laboratoriet hittat ett nytt sätt för applicering av imidlitiumsalter som elektrolyttillsatser.
Den låga potentialen för grafit negativ elektrod i Li-ion batteri kommer att leda till nedbrytning av elektrolyt på dess yta, vilket bildar passiveringsskikt, som kallas SEI-film.SEI-film kan förhindra elektrolyt från att sönderfalla på den negativa ytan, så stabiliteten hos SEI-film har en avgörande inverkan på cykelstabiliteten hos litiumjonbatterier.Även om litiumsalter som LiTFSI inte kan användas som löst ämne i kommersiell elektrolyt på ett tag, har det använts som tillsatser och har uppnått mycket goda resultat.VARVARA sharova-experiment fann att tillsats av 2wt% LiTFSI i elektrolyten effektivt kan förbättra cykelprestanda för lifepo4/grafitbatterier: 600 cykler vid 20 ℃ och kapacitetsminskningen är mindre än 2%.I kontrollgruppen tillsätts elektrolyten med 2 viktprocent VC-tillsats.Under samma förhållanden når minskningen av batteriets kapacitet cirka 20%.
För att verifiera effekten av olika tillsatser på prestanda hos litiumjonbatterier framställdes blankgruppen lp30 (EC: DMC = 1:1) utan tillsatser och experimentgruppen med VC, LiTFSI, lifsi och liftfsi av varvarvara sharova respektive.Prestandan hos dessa elektrolyter utvärderades med knapphalvcell och helcell.
Figuren ovan visar de voltammetriska kurvorna för elektrolyterna i blankkontrollgruppen och experimentgruppen.Under reduktionsprocessen märkte vi att en uppenbar strömtopp uppträdde i elektrolyten i blankgruppen vid cirka 0,65v, vilket motsvarar reduktionssönderdelningen av EC-lösningsmedel.Nedbrytningsströmstoppen för den experimentella gruppen med VC-tillsats skiftade till den höga potentialen, vilket främst berodde på att sönderdelningsspänningen för VC-tillsatsen var högre än den för EC. Därför inträffade nedbrytningen först, vilket skyddade EC.De voltammetriska kurvorna för elektrolyten tillsatt med LiTFSI-, lifsi- och littfsi-tillsatser skilde sig dock inte signifikant från de för blankgruppen, vilket indikerade att imidtillsatserna inte kunde minska nedbrytningen av EC-lösningsmedel.
Figuren ovan visar den elektrokemiska prestandan för grafitanod i olika elektrolyter.Från effektiviteten av första laddning och urladdning är coulomb-effektiviteten för blank grupp 93,3%, den första effektiviteten för elektrolyter med LiTFSI, lifsi och liftfsi är 93,3%, 93,6% respektive 93,8%.Den första effektiviteten för elektrolyter med VC-tillsats är dock endast 91,5%, vilket främst beror på att under den första litiuminterkaleringen av grafit bryts VC ned på grafitanodens yta och förbrukar mer Li.
Sammansättningen av SEI-film kommer att ha ett stort inflytande på jonkonduktiviteten och påverkar sedan hastighetsprestandan hos Li-jonbatteri.I hastighetsprestandatestet har man funnit att elektrolyten med lifsi- och liftfsi-tillsatser har en något lägre kapacitet än andra elektrolyter vid högströmsurladdning.I C/2-cykeltestet är cykelprestandan för alla elektrolyter med imidtillsatser mycket stabil, medan kapaciteten hos elektrolyterna med VC-tillsatser minskar.
För att utvärdera elektrolytens stabilitet under långtidscykeln av litiumjonbatteri, förberedde VARVARA sharova också LiFePO4 / grafit fullcell med knappcell och utvärderade cykelprestanda för elektrolyt med olika tillsatser vid 20 ℃ och 40 ℃.Utvärderingsresultaten visas i tabellen nedan.Det kan ses från tabellen att effektiviteten för elektrolyten med LiTFSI-tillsats är betydligt högre än den med VC-tillsats för första gången, och cykelprestandan vid 20 ℃ är ännu mer överväldigande.Kapacitetsretentionsgraden för elektrolyten med LiTFSI-tillsats är 98,1 % efter 600 cykler, medan kapacitetsretentionsgraden för elektrolyten med VC-tillsats endast är 79,6 %.Denna fördel försvinner dock när elektrolyten cyklas vid 40 ℃, och alla elektrolyter har liknande cyklingsprestanda.
Från ovanstående analys är det inte svårt att se att litiumjonbatteriets cykelprestanda kan förbättras avsevärt när litiumimidsalt används som elektrolytadditiv.För att studera verkansmekanismen för tillsatser som LiTFSI i litiumjonbatterier, analyserade VARVARA sharova sammansättningen av SEI-film som bildas på ytan av grafitanod i olika elektrolyter av XPS.Följande figur visar XPS-analysresultaten av SEI-film bildad på ytan av grafitanod efter den första och den 50:e cykeln.Det kan ses att LIF-halten i SEI-filmen som bildas i elektrolyten med LiTFSI-tillsats är betydligt högre än den i elektrolyten med VC-tillsats.Ytterligare kvantitativ analys av sammansättningen av SEI-film visar att ordningen för LIF-innehåll i SEI-film är lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > blank grupp efter den första cykeln, men SEI-filmen är inte oföränderlig efter den första laddningen.Efter 50 cykler minskade LIF-halten i SEI-filmen i lifsi- och liftfsi-elektrolyt med 12 % respektive 43 %, medan LIF-halten i elektrolyt tillsatt med LiTFSI ökade med 9 %.
Generellt tror vi att strukturen hos SEI-membranet är uppdelad i två skikt: det inre oorganiska skiktet och det yttre organiska skiktet.Det oorganiska skiktet består huvudsakligen av LIF, Li2CO3 och andra oorganiska komponenter, som har bättre elektrokemisk prestanda och högre jonledningsförmåga.Det yttre organiska skiktet består huvudsakligen av porösa elektrolytnedbrytnings- och polymerisationsprodukter, såsom roco2li, PEO och så vidare, som inte har något starkt skydd för elektrolyten, Därför hoppas vi att SEI-membranet innehåller fler oorganiska komponenter.Imidtillsatser kan tillföra fler oorganiska LIF-komponenter till SEI-membranet, vilket gör strukturen hos SEI-membranet mer stabil, kan bättre förhindra elektrolytnedbrytning i battericykelprocessen, minska Li-förbrukningen och avsevärt förbättra batteriets cykelprestanda.
Som elektrolyttillsatser, särskilt LiTFSI-tillsatser, kan imidlitiumsalter avsevärt förbättra batteriets cykelprestanda.Detta beror främst på det faktum att SEI-filmen som bildas på ytan av grafitanod har mer LIF, tunnare och mer stabil SEI-film, vilket minskar nedbrytningen av elektrolyt och minskar gränssnittsmotståndet.Men från nuvarande experimentella data är LiTFSI-tillsatsen mer lämplig för användning vid rumstemperatur.Vid 40 ℃ har LiTFSI-tillsats ingen uppenbar fördel jämfört med VC-tillsats.
Posttid: 2021-apr-15