Bron: nieuwe energieleider, door
Samenvatting: op dit moment zijn de lithiumzouten in commerciële lithium-ion batterij-elektrolyt voornamelijk LiPF6 en LiPF6 hebben de elektrolyt uitstekende elektrochemische prestaties gegeven, maar LiPF6 heeft een slechte thermische en chemische stabiliteit en is erg gevoelig voor water.
Momenteel zijn de lithiumzouten in commerciële lithium-ionbatterijelektrolyt voornamelijk LiPF6 en LiPF6 hebben de elektrolyt uitstekende elektrochemische prestaties gegeven.LiPF6 heeft echter een slechte thermische en chemische stabiliteit en is erg gevoelig voor water.Onder invloed van een kleine hoeveelheid H2O zullen zure stoffen zoals HF worden ontbonden en vervolgens zal het positieve materiaal worden gecorrodeerd en zullen de overgangsmetaalelementen worden opgelost en zal het oppervlak van de negatieve elektrode worden gemigreerd om de SEI-film te vernietigen , De resultaten laten zien dat de SEI-film blijft groeien, wat leidt tot een voortdurende afname van de capaciteit van lithium-ionbatterijen.
Om deze problemen te overwinnen, hoopte men dat de lithiumzouten van imide met stabielere H2O en betere thermische en chemische stabiliteit, zoals lithiumzouten zoals LiTFSI, lifsi en liftfsi, worden beperkt door kostenfactoren en de anionen van lithiumzouten. zoals LiTFSI is niet op te lossen voor corrosie van Al folie e.d. LiTFSI lithiumzout is in de praktijk niet toegepast.Onlangs heeft VARVARA sharova van het Duitse HIU-laboratorium een nieuwe manier gevonden voor de toepassing van imide-lithiumzouten als elektrolytadditieven.
Het lage potentieel van de grafiet-negatieve elektrode in de Li-ion-batterij zal leiden tot de ontleding van elektrolyt op het oppervlak, waardoor een passiveringslaag wordt gevormd, die SEI-film wordt genoemd.SEI-film kan voorkomen dat elektrolyt op het negatieve oppervlak ontbindt, dus de stabiliteit van SEI-film heeft een cruciale invloed op de cyclusstabiliteit van lithium-ionbatterijen.Hoewel lithiumzouten zoals LiTFSI een tijdje niet kunnen worden gebruikt als opgeloste stof van commercieel elektrolyt, wordt het wel als additief gebruikt en heeft het zeer goede resultaten opgeleverd.Uit het VARVARA Sharova-experiment bleek dat het toevoegen van 2 gew.% LiTFSI aan de elektrolyt de cyclusprestaties van de lifepo4/grafietbatterij effectief kan verbeteren: 600 cycli bij 20 ℃ en de capaciteitsdaling is minder dan 2%.In de controlegroep wordt de elektrolyt met 2 gew.% VC-additief toegevoegd.Onder dezelfde omstandigheden bereikt de afname van de capaciteit van de batterij ongeveer 20%.
Om het effect van verschillende additieven op de prestaties van lithium-ionbatterijen te verifiëren, werden de blanco groep lp30 (EC: DMC = 1:1) zonder additieven en de experimentele groep met VC, LiTFSI, lifsi en liftfsi voorbereid door varvarvara sharova respectievelijk.De prestatie van deze elektrolyten werd geëvalueerd door middel van halve cellen en volledige cellen.
Bovenstaande figuur toont de voltammetrische krommen van de elektrolyten van de blanco controlegroep en de experimentele groep.Tijdens het reductieproces merkten we dat er een duidelijke stroompiek verscheen in de elektrolyt van de blanco groep bij ongeveer 0,65 v, wat overeenkomt met de reductie-ontleding van EC-oplosmiddel.De ontledingsstroompiek van de experimentele groep met VC-additief verschoof naar het hoge potentieel, wat voornamelijk kwam doordat de ontledingsspanning van VC-additief hoger was dan die van EC. Daarom vond eerst de ontleding plaats, die EC beschermde.De voltammetrische krommen van de elektrolyt waaraan LiTFSI-, lifsi- en littfsi-additieven waren toegevoegd, verschilden echter niet significant van die van de blanco groep, wat erop wees dat de imide-additieven de ontleding van EC-oplosmiddel niet konden verminderen.
De bovenstaande afbeelding toont de elektrochemische prestaties van grafietanode in verschillende elektrolyten.Van de efficiëntie van eerste lading en ontlading is de coulomb-efficiëntie van de blanco groep 93,3%, de eerste efficiëntie van elektrolyten met LiTFSI, lifsi en liftfsi zijn respectievelijk 93,3%, 93,6% en 93,8%.De eerste efficiëntie van elektrolyten met VC-additief is echter slechts 91,5%, wat voornamelijk komt doordat tijdens de eerste lithium-intercalatie van grafiet VC uiteenvalt op het oppervlak van de grafietanode en meer Li verbruikt.
De samenstelling van de SEI-film heeft een grote invloed op de ionische geleidbaarheid en beïnvloedt vervolgens de snelheidsprestaties van de Li-ionbatterij.In de snelheidsprestatietest is gebleken dat de elektrolyt met lifsi- en liftfsi-additieven een iets lagere capaciteit heeft dan andere elektrolyten bij ontlading met hoge stroomsterkte.In de C/2-cyclustest is de cyclusprestatie van alle elektrolyten met imide-additieven zeer stabiel, terwijl de capaciteit van de elektrolyten met VC-additieven afneemt.
Om de stabiliteit van elektrolyt in de langetermijncyclus van lithium-ionbatterijen te evalueren, bereidde VARVARA sharova ook LiFePO4 / grafiet volledige cel met knoopcel, en evalueerde de cyclusprestaties van elektrolyt met verschillende additieven bij 20 ℃ en 40 ℃.De evaluatieresultaten worden weergegeven in de onderstaande tabel.Uit de tabel blijkt dat de efficiëntie van de elektrolyt met LiTFSI-additief voor het eerst aanzienlijk hoger is dan die met VC-additief, en de fietsprestaties bij 20 ℃ zijn zelfs nog overweldigender.Het capaciteitsbehoud van de elektrolyt met LiTFSI-additief is 98,1% na 600 cycli, terwijl het capaciteitsbehoud van het elektrolyt met VC-additief slechts 79,6% is.Dit voordeel verdwijnt echter wanneer de elektrolyt wordt gefietst bij 40 ℃, en alle elektrolyten hebben vergelijkbare cyclusprestaties.
Uit de bovenstaande analyse is het niet moeilijk om te zien dat de cyclusprestaties van lithium-ionbatterijen aanzienlijk kunnen worden verbeterd wanneer lithiumimidezout wordt gebruikt als elektrolytadditief.Om het werkingsmechanisme van additieven zoals LiTFSI in lithium-ionbatterijen te bestuderen, analyseerde VARVARA sharova de samenstelling van SEI-film gevormd op het oppervlak van grafietanode in verschillende elektrolyten door XPS.De volgende afbeelding toont de XPS-analyseresultaten van SEI-film gevormd op het oppervlak van de grafietanode na de eerste en de 50e cyclus.Te zien is dat het LIF-gehalte in de SEI-film gevormd in de elektrolyt met LiTFSI-additief aanzienlijk hoger is dan dat in de elektrolyt met VC-additief.Verdere kwantitatieve analyse van de samenstelling van SEI-film laat zien dat de volgorde van LIF-inhoud in SEI-film lifsi> liftfsi> LiTFSI> VC> blanco groep is na de eerste cyclus, maar de SEI-film is niet onveranderlijk na de eerste lading.Na 50 cycli daalde het LIF-gehalte van SEI-film in lifsi en liftfsi-elektrolyt met respectievelijk 12% en 43%, terwijl het LIF-gehalte van elektrolyt toegevoegd met LiTFSI met 9% toenam.
Over het algemeen denken we dat de structuur van het SEI-membraan in twee lagen is verdeeld: de binnenste anorganische laag en de buitenste organische laag.De anorganische laag bestaat voornamelijk uit LIF, Li2CO3 en andere anorganische componenten, die betere elektrochemische prestaties en een hogere ionische geleidbaarheid hebben.De buitenste organische laag bestaat voornamelijk uit poreuze elektrolytafbraak- en polymerisatieproducten, zoals roco2li, PEO enzovoort, die geen sterke bescherming bieden voor de elektrolyt. Daarom hopen we dat het SEI-membraan meer anorganische componenten bevat.Imide-additieven kunnen meer anorganische LIF-componenten naar het SEI-membraan brengen, waardoor de structuur van het SEI-membraan stabieler wordt, de ontleding van elektrolyt in het batterijcyclusproces beter kan worden voorkomen, het Li-verbruik kan worden verminderd en de cyclusprestaties van de batterij aanzienlijk kunnen worden verbeterd.
Als elektrolytadditieven, vooral LiTFSI-additieven, kunnen imide-lithiumzouten de cyclusprestaties van de batterij aanzienlijk verbeteren.Dit is voornamelijk te wijten aan het feit dat de SEI-film gevormd op het oppervlak van de grafietanode meer LIF, dunnere en stabielere SEI-film heeft, wat de ontleding van elektrolyt vermindert en de interfaceweerstand vermindert.Uit de huidige experimentele gegevens is het LiTFSI-additief echter geschikter voor gebruik bij kamertemperatuur.Bij 40 ℃ heeft LiTFSI-additief geen duidelijk voordeel ten opzichte van VC-additief.
Posttijd: 15 april 2021