Lähde: uusi energiajohtaja, by
Tiivistelmä: Tällä hetkellä kaupallisessa litiumioniakkuelektrolyytissä olevat litiumsuolat ovat pääasiassa LiPF6 ja LiPF6, jotka ovat antaneet elektrolyytille erinomaisen sähkökemiallisen suorituskyvyn, mutta LiPF6:lla on huono lämpö- ja kemiallinen stabiilisuus ja se on erittäin herkkä vedelle.
Tällä hetkellä kaupallisessa litiumioniakkuelektrolyytissä olevat litiumsuolat ovat pääasiassa LiPF6 ja LiPF6 ovat antaneet elektrolyytille erinomaisen sähkökemiallisen suorituskyvyn.LiPF6:lla on kuitenkin huono lämpö- ja kemiallinen stabiilisuus, ja se on erittäin herkkä vedelle.Pienen H2O-määrän vaikutuksesta happamat aineet, kuten HF, hajoavat, ja sitten positiivinen materiaali syöpyy ja siirtymämetallielementit liukenevat ja negatiivisen elektrodin pinta siirtyy tuhoamaan SEI-kalvon. , Tulokset osoittavat, että SEI-kalvo jatkaa kasvuaan, mikä johtaa litiumioniakkujen kapasiteetin jatkuvaan laskuun.
Näiden ongelmien voittamiseksi ihmiset ovat toivoneet, että imidin litiumsuoloja, joilla on vakaampi H2O ja parempi lämpö- ja kemiallinen stabiilisuus, kuten litiumsuolat, kuten LiTFSI, lifsi ja liftfsi, rajoittavat kustannustekijät ja litiumsuolojen anionit. kuten LiTFSI:tä ei voida ratkaista Al-kalvon korroosiolle jne., LiTFSI-litiumsuolaa ei ole käytetty käytännössä.Äskettäin saksalaisen HIU-laboratorion VARVARA sharova on löytänyt uuden tavan käyttää imidilitiumsuoloja elektrolyyttilisäaineina.
Grafiittinegatiivisen elektrodin alhainen potentiaali Li-ion-akussa johtaa elektrolyytin hajoamiseen sen pinnalla, jolloin muodostuu passivointikerros, jota kutsutaan SEI-kalvoksi.SEI-kalvo voi estää elektrolyytin hajoamisen negatiivisella pinnalla, joten SEI-kalvon vakaudella on ratkaiseva vaikutus litiumioniakkujen syklin vakauteen.Vaikka litiumsuoloja, kuten LiTFSI:tä, ei voida käyttää kaupallisen elektrolyytin liuenneena aineena vähään aikaan, sitä on käytetty lisäaineina ja se on saavuttanut erittäin hyviä tuloksia.VARVARA sharova -kokeessa havaittiin, että 2 paino-% LiTFSI:n lisääminen elektrolyyttiin voi parantaa tehokkaasti lifepo4/grafiittiakun syklin suorituskykyä: 600 sykliä 20 ℃:ssa ja kapasiteetin lasku on alle 2 %.Kontrolliryhmässä lisätään elektrolyyttiä, jossa on 2 painoprosenttia VC-lisäainetta.Samoissa olosuhteissa akun kapasiteetin lasku on noin 20 %.
Eri lisäaineiden vaikutuksen litiumioniakkujen suorituskykyyn todentamiseksi varvarvara sharova valmisti nollaryhmän lp30 (EC: DMC = 1:1) ilman lisäaineita ja koeryhmän VC:llä, LiTFSI:llä, lifsillä ja liftfsillä. vastaavasti.Näiden elektrolyyttien suorituskyky arvioitiin nappipuolikennolla ja täyskennolla.
Yllä oleva kuva esittää nollakoekontrolliryhmän ja koeryhmän elektrolyyttien voltammetriset käyrät.Pelkistysprosessin aikana havaitsimme, että nollaryhmän elektrolyytissä ilmaantui ilmeinen virtahuippu noin 0,65 V:ssa, mikä vastaa EC-liuottimen pelkistävää hajoamista.VC-lisäaineen koeryhmän hajoamisvirran huippu siirtyi korkeaan potentiaaliin, mikä johtui pääasiassa siitä, että VC-lisäaineen hajoamisjännite oli korkeampi kuin EC:n, Siksi hajoaminen tapahtui ensin, mikä suojasi EC:n.LiTFSI-, lifsi- ja littfsi-lisäaineilla lisätyn elektrolyytin voltammetriset käyrät eivät kuitenkaan eronneet merkittävästi nollaryhmän vastaavista, mikä osoitti, että imidilisäaineet eivät pystyneet vähentämään EC-liuottimen hajoamista.
Yllä oleva kuva näyttää grafiittianodin sähkökemiallisen suorituskyvyn eri elektrolyyteissä.Ensimmäisen latauksen ja purkauksen tehokkuudesta voidaan todeta, että tyhjän ryhmän coulomb-hyötysuhde on 93,3 %, LiTFSI-, lifsi- ja liftfsi-elektrolyyttien ensimmäinen hyötysuhde on 93,3 %, 93,6 % ja 93,8 %.VC-lisäaineella varustettujen elektrolyyttien ensimmäinen hyötysuhde on kuitenkin vain 91,5 %, mikä johtuu pääasiassa siitä, että grafiitin ensimmäisen litiuminterkalaation aikana VC hajoaa grafiittianodin pinnalla ja kuluttaa enemmän Li:a.
SEI-kalvon koostumuksella on suuri vaikutus ioninjohtavuuteen, ja se vaikuttaa sitten Li-ion-akun suorituskykyyn.Nopeussuorituskykytestissä havaittiin, että lifsi- ja liftfsi-lisäaineita sisältävällä elektrolyytillä on hieman pienempi kapasiteetti kuin muilla suurivirtapurkauselektrolyyteillä.C / 2 -syklitestissä kaikkien imidilisäaineita sisältävien elektrolyyttien syklin suorituskyky on erittäin vakaa, kun taas VC-lisäaineita sisältävien elektrolyyttien kapasiteetti laskee.
Elektrolyytin stabiilisuuden arvioimiseksi litiumioniakun pitkän aikavälin syklissä VARVARA sharova valmisti myös LiFePO4 / grafiittitäyskennon nappiparistolla ja arvioi elektrolyytin syklin suorituskyvyn eri lisäaineilla 20 ℃ ja 40 ℃ lämpötiloissa.Arvioinnin tulokset näkyvät alla olevassa taulukossa.Taulukosta voidaan nähdä, että LiTFSI-lisäaineella varustetun elektrolyytin hyötysuhde on huomattavasti korkeampi kuin ensimmäistä kertaa VC-lisäaineella, ja pyöräilysuorituskyky 20 ℃:ssa on vieläkin ylivoimaisempi.LiTFSI-lisäaineella varustetun elektrolyytin kapasiteetin säilyvyysaste on 98,1 % 600 syklin jälkeen, kun taas VC-lisäaineella varustetun elektrolyytin kapasiteetin säilyvyysaste on vain 79,6 %.Tämä etu kuitenkin katoaa, kun elektrolyyttiä kierrätetään 40 ℃:ssa, ja kaikilla elektrolyyteillä on samanlainen kiertonopeus.
Yllä olevasta analyysistä ei ole vaikea nähdä, että litiumioniakun syklin suorituskykyä voidaan parantaa merkittävästi, kun litium-imidisuolaa käytetään elektrolyytin lisäaineena.Lisäaineiden, kuten LiTFSI:n, vaikutusmekanismin tutkimiseksi litiumioniakuissa VARVARA sharova analysoi grafiittianodin pinnalle XPS:llä eri elektrolyyteissä muodostuneen SEI-kalvon koostumuksen.Seuraavassa kuvassa on esitetty grafiittianodin pinnalle muodostuneen SEI-kalvon XPS-analyysitulokset ensimmäisen ja 50. jakson jälkeen.Voidaan nähdä, että LiTFSI-lisäainetta sisältävään elektrolyytiin muodostuneen SEI-kalvon LIF-pitoisuus on merkittävästi korkeampi kuin VC-lisäaineella varustetussa elektrolyytissä.SEI-kalvon koostumuksen lisäanalyysi osoittaa, että LIF-sisällön järjestys SEI-kalvossa on lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > tyhjä ryhmä ensimmäisen jakson jälkeen, mutta SEI-kalvo ei ole muuttumaton ensimmäisen latauksen jälkeen.50 jakson jälkeen SEI-kalvon LIF-pitoisuus lifsi- ja liftfsi-elektrolyytissä laski 12 % ja 43 %, kun taas LiTFSI:llä lisätyn elektrolyytin LIF-pitoisuus kasvoi 9 %.
Yleisesti ajatellaan, että SEI-kalvon rakenne on jaettu kahteen kerrokseen: sisempi epäorgaaninen kerros ja ulompi orgaaninen kerros.Epäorgaaninen kerros koostuu pääasiassa LIF:stä, Li2CO3:sta ja muista epäorgaanisista komponenteista, joilla on parempi sähkökemiallinen suorituskyky ja korkeampi ioninjohtavuus.Ulompi orgaaninen kerros koostuu pääasiassa huokoisista elektrolyytin hajoamis- ja polymerointituotteista, kuten roco2li, PEO ja niin edelleen, joilla ei ole vahvaa suojaa elektrolyytille, Siksi toivomme, että SEI-kalvo sisältää enemmän epäorgaanisia komponentteja.Imidilisäaineet voivat tuoda enemmän epäorgaanisia LIF-komponentteja SEI-kalvoon, mikä tekee SEI-kalvon rakenteesta vakaamman, voivat paremmin estää elektrolyytin hajoamisen akun sykliprosessissa, vähentää Li:n kulutusta ja parantaa merkittävästi akun syklin suorituskykyä.
Elektrolyyttilisäaineina, erityisesti LiTFSI-lisäaineina, litium-imidisuolat voivat parantaa merkittävästi akun syklin suorituskykyä.Tämä johtuu pääasiassa siitä, että grafiittianodin pinnalle muodostetussa SEI-kalvossa on enemmän LIF-kalvoa, ohuempi ja vakaampi SEI-kalvo, mikä vähentää elektrolyytin hajoamista ja vähentää rajapintavastusta.Nykyisten kokeellisten tietojen perusteella LiTFSI-lisäaine soveltuu kuitenkin paremmin käytettäväksi huoneenlämpötilassa.40 ℃:ssa LiTFSI-lisäaineella ei ole selvää etua VC-lisäaineeseen verrattuna.
Postitusaika: 15.4.2021