Sumber: pemimpin tenaga baharu, oleh
Abstrak: pada masa ini, garam litium dalam elektrolit bateri lithium-ion komersial terutamanya LiPF6 dan LiPF6 telah memberikan elektrolit prestasi elektrokimia yang sangat baik, tetapi LiPF6 mempunyai kestabilan haba dan kimia yang lemah, dan sangat sensitif kepada air.
Pada masa ini, garam litium dalam elektrolit bateri litium-ion komersial terutamanya LiPF6 dan LiPF6 telah memberikan elektrolit prestasi elektrokimia yang sangat baik.Walau bagaimanapun, LiPF6 mempunyai kestabilan haba dan kimia yang lemah, dan sangat sensitif terhadap air.Di bawah tindakan sejumlah kecil H2O, bahan asid seperti HF akan terurai, dan kemudian bahan positif akan terhakis, dan unsur logam peralihan akan dibubarkan, dan permukaan elektrod negatif akan dipindahkan untuk memusnahkan filem SEI , Keputusan menunjukkan bahawa filem SEI terus berkembang, yang membawa kepada penurunan berterusan kapasiti bateri litium-ion.
Untuk mengatasi masalah ini, orang ramai berharap bahawa garam litium imida dengan H2O yang lebih stabil dan kestabilan terma dan kimia yang lebih baik, seperti garam litium seperti LiTFSI, lifsi dan liftfsi, dihadkan oleh faktor kos dan anion garam litium. seperti LiTFSI tidak boleh diselesaikan untuk kakisan Al foil, dsb., garam litium LiTFSI tidak digunakan dalam amalan.Baru-baru ini, VARVARA sharova dari makmal HIU Jerman telah menemui cara baharu untuk penggunaan garam litium imide sebagai bahan tambahan elektrolit.
Potensi rendah elektrod negatif grafit dalam bateri Li-ion akan membawa kepada penguraian elektrolit pada permukaannya, membentuk lapisan pempasifan, yang dipanggil filem SEI.Filem SEI boleh menghalang elektrolit daripada penguraian pada permukaan negatif, jadi kestabilan filem SEI mempunyai pengaruh penting pada kestabilan kitaran bateri lithium-ion.Walaupun garam litium seperti LiTFSI tidak boleh digunakan sebagai bahan larut elektrolit komersial untuk sementara waktu, ia telah digunakan sebagai bahan tambahan dan telah mencapai hasil yang sangat baik.Eksperimen VARVARA sharova mendapati bahawa menambah 2wt% LiTFSI dalam elektrolit boleh meningkatkan prestasi kitaran bateri lifepo4/ grafit dengan berkesan: 600 kitaran pada 20 ℃ dan penurunan kapasiti kurang daripada 2%.Dalam kumpulan kawalan, elektrolit dengan aditif VC 2wt% ditambah.Di bawah keadaan yang sama, penurunan kapasiti bateri mencapai kira-kira 20%.
Untuk mengesahkan kesan aditif yang berbeza pada prestasi bateri litium-ion, kumpulan kosong lp30 (EC: DMC = 1:1) tanpa bahan tambahan dan kumpulan eksperimen dengan VC, LiTFSI, lifsi dan liftfsi telah disediakan oleh varvarvara sharova masing-masing.Prestasi elektrolit ini dinilai oleh butang separuh sel dan sel penuh.
Rajah di atas menunjukkan lengkung voltammetrik bagi elektrolit kumpulan kawalan kosong dan kumpulan eksperimen.Semasa proses pengurangan, kami mendapati bahawa puncak arus yang jelas muncul dalam elektrolit kumpulan kosong pada kira-kira 0.65v, sepadan dengan penguraian pengurangan pelarut EC.Puncak arus penguraian kumpulan eksperimen dengan bahan tambahan VC beralih kepada potensi tinggi, yang disebabkan terutamanya oleh voltan penguraian bahan tambahan VC adalah lebih tinggi daripada EC, Oleh itu, penguraian berlaku dahulu, yang melindungi EC.Walau bagaimanapun, lengkung voltammetrik elektrolit yang ditambah dengan bahan tambahan LiTFSI, lifsi dan littfsi tidak jauh berbeza daripada kumpulan kosong, yang menunjukkan bahawa bahan tambahan imida tidak dapat mengurangkan penguraian pelarut EC.
Rajah di atas menunjukkan prestasi elektrokimia anod grafit dalam elektrolit yang berbeza.Daripada kecekapan cas dan nyahcas pertama, kecekapan coulomb kumpulan kosong ialah 93.3%, kecekapan pertama elektrolit dengan LiTFSI, lifsi dan liftfsi ialah 93.3%, 93.6% dan 93.8%, masing-masing.Walau bagaimanapun, kecekapan pertama elektrolit dengan bahan tambahan VC hanya 91.5%, terutamanya kerana semasa interkalasi litium pertama grafit, VC terurai pada permukaan anod grafit dan menggunakan lebih banyak Li.
Komposisi filem SEI akan mempunyai pengaruh yang besar pada kekonduksian ionik, dan kemudian menjejaskan prestasi kadar bateri Li ion.Dalam ujian prestasi kadar, didapati bahawa elektrolit dengan bahan tambahan lifsi dan liftfsi mempunyai kapasiti yang lebih rendah sedikit daripada elektrolit lain dalam nyahcas arus tinggi.Dalam ujian kitaran C / 2, prestasi kitaran semua elektrolit dengan bahan tambahan imida adalah sangat stabil, manakala kapasiti elektrolit dengan bahan tambahan VC berkurangan.
Untuk menilai kestabilan elektrolit dalam kitaran jangka panjang bateri lithium-ion, VARVARA sharova juga menyediakan sel penuh LiFePO4 / grafit dengan sel butang, dan menilai prestasi kitaran elektrolit dengan bahan tambahan berbeza pada 20 ℃ dan 40 ℃.Keputusan penilaian ditunjukkan dalam jadual di bawah.Ia boleh dilihat daripada jadual bahawa kecekapan elektrolit dengan aditif LiTFSI adalah jauh lebih tinggi berbanding dengan aditif VC buat kali pertama, dan prestasi berbasikal pada 20 ℃ adalah lebih memberangsangkan.Kadar pengekalan kapasiti elektrolit dengan aditif LiTFSI ialah 98.1% selepas 600 kitaran, manakala kadar pengekalan kapasiti elektrolit dengan aditif VC hanya 79.6%.Walau bagaimanapun, kelebihan ini hilang apabila elektrolit dikitar pada 40 ℃, dan semua elektrolit mempunyai prestasi kitaran yang serupa.
Daripada analisis di atas, tidak sukar untuk melihat bahawa prestasi kitaran bateri lithium-ion boleh dipertingkatkan dengan ketara apabila garam lithium imide digunakan sebagai bahan tambahan elektrolit.Untuk mengkaji mekanisme tindakan aditif seperti LiTFSI dalam bateri lithium-ion, VARVARA sharova menganalisis komposisi filem SEI yang terbentuk pada permukaan anod grafit dalam elektrolit yang berbeza oleh XPS.Rajah berikut menunjukkan keputusan analisis XPS filem SEI yang terbentuk pada permukaan anod grafit selepas kitaran pertama dan ke-50.Ia boleh dilihat bahawa kandungan LIF dalam filem SEI yang terbentuk dalam elektrolit dengan bahan tambahan LiTFSI adalah lebih tinggi secara ketara berbanding dengan elektrolit dengan bahan tambahan VC.Analisis kuantitatif selanjutnya bagi komposisi filem SEI menunjukkan bahawa susunan kandungan LIF dalam filem SEI ialah lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > kumpulan kosong selepas kitaran pertama, tetapi filem SEI tidak boleh berubah selepas pengecasan pertama.Selepas 50 kitaran, kandungan LIF filem SEI dalam lifsi dan elektrolit liftfsi menurun sebanyak 12% dan 43%, masing-masing, manakala kandungan LIF elektrolit yang ditambah dengan LiTFSI meningkat sebanyak 9%.
Secara amnya, kami berpendapat bahawa struktur membran SEI dibahagikan kepada dua lapisan: lapisan bukan organik dalam dan lapisan organik luar.Lapisan bukan organik terutamanya terdiri daripada LIF, Li2CO3 dan komponen bukan organik lain, yang mempunyai prestasi elektrokimia yang lebih baik dan kekonduksian ionik yang lebih tinggi.Lapisan organik luar terutamanya terdiri daripada penguraian elektrolit berliang dan produk pempolimeran, seperti roco2li, PEO dan sebagainya, yang tidak mempunyai perlindungan yang kuat untuk elektrolit, Oleh itu, kami berharap membran SEI mengandungi lebih banyak komponen bukan organik.Aditif imide boleh membawa lebih banyak komponen LIF bukan organik ke membran SEI, yang menjadikan struktur membran SEI lebih stabil, boleh mencegah penguraian elektrolit dalam proses kitaran bateri dengan lebih baik, mengurangkan penggunaan Li, dan meningkatkan prestasi kitaran bateri dengan ketara.
Sebagai bahan tambahan elektrolit, terutamanya bahan tambahan LiTFSI, garam litium imide boleh meningkatkan prestasi kitaran bateri dengan ketara.Ini disebabkan terutamanya oleh fakta bahawa filem SEI yang terbentuk pada permukaan anod grafit mempunyai lebih LIF, lebih nipis dan lebih stabil filem SEI, yang mengurangkan penguraian elektrolit dan mengurangkan rintangan antara muka.Walau bagaimanapun, daripada data eksperimen semasa, bahan tambahan LiTFSI lebih sesuai digunakan pada suhu bilik.Pada 40 ℃, aditif LiTFSI tidak mempunyai kelebihan yang jelas berbanding aditif VC.
Masa siaran: Apr-15-2021