Izvor: new energy leader, autor
Sažetak: trenutno su litijeve soli u komercijalnom elektrolitu za litij-ionske baterije uglavnom LiPF6 i LiPF6 je elektrolitu dao odlične elektrokemijske performanse, ali LiPF6 ima lošu toplinsku i kemijsku stabilnost i vrlo je osjetljiv na vodu.
Trenutačno su litijeve soli u komercijalnom elektrolitu za litij-ionske baterije uglavnom LiPF6, a LiPF6 daje elektrolitu izvrsnu elektrokemijsku učinkovitost.Međutim, LiPF6 ima lošu toplinsku i kemijsku stabilnost i vrlo je osjetljiv na vodu.Pod djelovanjem male količine H2O, kisele tvari kao što je HF će se razgraditi, a zatim će pozitivni materijal biti korodiran, a prijelazni metalni elementi će se otopiti, a površina negativne elektrode će migrirati da uništi SEI film , Rezultati pokazuju da SEI film nastavlja rasti, što dovodi do kontinuiranog pada kapaciteta litij-ionskih baterija.
Kako bi se prevladali ovi problemi, ljudi su se nadali da su litijeve soli imida sa stabilnijim H2O i boljom toplinskom i kemijskom stabilnošću, kao što su litijeve soli kao što su LiTFSI, lifsi i liftfsi, ograničene faktorima cijene i anionima litijevih soli. kao što je LiTFSI ne može se riješiti za koroziju Al folije itd., LiTFSI litijeva sol nije primijenjena u praksi.Nedavno je VARVARA sharova iz njemačkog HIU laboratorija pronašla novi način za primjenu imidnih litijevih soli kao dodataka elektrolitima.
Nizak potencijal grafitne negativne elektrode u litij-ionskoj bateriji dovest će do razgradnje elektrolita na njezinoj površini, stvarajući pasivni sloj, koji se naziva SEI film.SEI film može spriječiti raspadanje elektrolita na negativnoj površini, tako da stabilnost SEI filma ima presudan utjecaj na stabilnost ciklusa litij-ionskih baterija.Iako se litijeve soli kao što je LiTFSI neko vrijeme ne mogu koristiti kao otopljena tvar komercijalnog elektrolita, korištene su kao aditivi i postigle su vrlo dobre rezultate.Eksperiment VARVARA sharova otkrio je da dodavanje 2 wt% LiTFSI u elektrolit može učinkovito poboljšati performanse ciklusa lifepo4/grafitne baterije: 600 ciklusa na 20 ℃ i pad kapaciteta manji je od 2%.U kontrolnoj skupini dodan je elektrolit s 2wt% aditiva VC.Pod istim uvjetima, pad kapaciteta baterije doseže oko 20%.
Kako bi se provjerio učinak različitih aditiva na performanse litij-ionskih baterija, slijepu skupinu lp30 (EC: DMC = 1:1) bez aditiva i eksperimentalnu skupinu s VC, LiTFSI, lifsi i liftfsi pripremila je varvarvara sharova odnosno.Učinkovitost ovih elektrolita procijenjena je pomoću gumbaste polućelije i pune ćelije.
Gornja slika prikazuje voltametrijske krivulje elektrolita slijepe kontrolne skupine i eksperimentalne skupine.Tijekom procesa redukcije primijetili smo da se pojavio očiti vrh struje u elektrolitu slijepe skupine na oko 0,65 v, što odgovara redukcijskoj razgradnji EC otapala.Vršna struja razgradnje eksperimentalne skupine s VC aditivom pomaknula se prema visokom potencijalu, što je uglavnom bilo zato što je napon razgradnje VC aditiva bio viši od napona EC, stoga je prvo došlo do razgradnje, što je zaštitilo EC.Međutim, voltametrijske krivulje elektrolita dodanog s LiTFSI, lifsi i littfsi aditivima nisu se značajno razlikovale od onih za slijepu probu, što je pokazalo da imidni aditivi nisu mogli smanjiti razgradnju EC otapala.
Gornja slika prikazuje elektrokemijsku izvedbu grafitne anode u različitim elektrolitima.Od učinkovitosti prvog punjenja i pražnjenja, kulonska učinkovitost slijepe skupine je 93,3%, prva učinkovitost elektrolita s LiTFSI, lifsi i liftfsi je 93,3%, 93,6% odnosno 93,8%.Međutim, prva učinkovitost elektrolita s VC aditivom je samo 91,5%, što je uglavnom zato što se tijekom prve interkalacije litija u grafit, VC razgrađuje na površini grafitne anode i troši više Li.
Sastav SEI filma imat će veliki utjecaj na ionsku vodljivost, a zatim će utjecati na performanse Li-ionske baterije.U testu performansi brzine utvrđeno je da elektrolit s dodacima lifsi i liftfsi ima nešto niži kapacitet od drugih elektrolita pri pražnjenju velike struje.U testu ciklusa C / 2, učinak ciklusa svih elektrolita s imidnim aditivima je vrlo stabilan, dok se kapacitet elektrolita s VC aditivima smanjuje.
Kako bi se procijenila stabilnost elektrolita u dugoročnom ciklusu litij-ionske baterije, VARVARA sharova je također pripremila LiFePO4 / grafit punu ćeliju s gumbastom ćelijom i procijenila performanse ciklusa elektrolita s različitim aditivima na 20 ℃ i 40 ℃.Rezultati evaluacije prikazani su u donjoj tablici.Iz tablice se može vidjeti da je učinkovitost elektrolita s LiTFSI aditivom po prvi put značajno veća od one s VC aditivom, a performanse ciklusa na 20 ℃ još su neodoljivije.Stopa zadržavanja kapaciteta elektrolita s LiTFSI aditivom je 98,1% nakon 600 ciklusa, dok je stopa zadržavanja kapaciteta elektrolita s VC aditivom samo 79,6%.Međutim, ova prednost nestaje kada se elektrolit ciklički mijenja na 40 ℃, a svi elektroliti imaju slične cikličke performanse.
Iz gornje analize nije teško vidjeti da se performanse ciklusa litij-ionske baterije mogu značajno poboljšati kada se sol litij imida koristi kao dodatak elektrolitu.Kako bi proučila mehanizam djelovanja aditiva kao što je LiTFSI u litij-ionskim baterijama, VARVARA sharova je XPS-om analizirala sastav SEI filma formiranog na površini grafitne anode u različitim elektrolitima.Sljedeća slika prikazuje rezultate XPS analize SEI filma formiranog na površini grafitne anode nakon prvog i 50. ciklusa.Može se vidjeti da je sadržaj LIF-a u SEI filmu formiranom u elektrolitu s dodatkom LiTFSI značajno veći nego u elektrolitu s dodatkom VC.Daljnja kvantitativna analiza sastava SEI filma pokazuje da je redoslijed LIF sadržaja u SEI filmu lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > prazna skupina nakon prvog ciklusa, ali SEI film nije nepromjenjiv nakon prvog punjenja.Nakon 50 ciklusa, LIF sadržaj SEI filma u lifsi i liftfsi elektrolitu smanjio se za 12% odnosno 43%, dok se LIF sadržaj elektrolita dodanog LiTFSI povećao za 9%.
Općenito, smatramo da je struktura SEI membrane podijeljena u dva sloja: unutarnji anorganski sloj i vanjski organski sloj.Anorganski sloj uglavnom se sastoji od LIF-a, Li2CO3 i drugih anorganskih komponenti, koje imaju bolju elektrokemijsku izvedbu i veću ionsku vodljivost.Vanjski organski sloj uglavnom se sastoji od proizvoda razgradnje poroznog elektrolita i polimerizacije, kao što su roco2li, PEO i tako dalje, koji nema jaku zaštitu za elektrolit, stoga se nadamo da SEI membrana sadrži više anorganskih komponenti.Imidni aditivi mogu unijeti više anorganskih LIF komponenti u SEI membranu, što strukturu SEI membrane čini stabilnijom, može bolje spriječiti razgradnju elektrolita u procesu ciklusa baterije, smanjiti potrošnju Li i značajno poboljšati performanse ciklusa baterije.
Kao aditivi za elektrolite, posebno aditivi za LiTFSI, imid litijeve soli mogu značajno poboljšati performanse ciklusa baterije.To je uglavnom zbog činjenice da SEI film formiran na površini grafitne anode ima više LIF, tanji i stabilniji SEI film, što smanjuje razgradnju elektrolita i smanjuje otpor sučelja.Međutim, prema trenutnim eksperimentalnim podacima, LiTFSI aditiv je prikladniji za upotrebu na sobnoj temperaturi.Na 40 ℃, LiTFSI aditiv nema očitu prednost u odnosu na VC aditiv.
Vrijeme objave: 15. travnja 2021