Vir: new energy leader, avtor
Povzetek: trenutno so litijeve soli v komercialnem elektrolitu za litij-ionske baterije večinoma LiPF6 in LiPF6 je elektrolitu dal odlično elektrokemično delovanje, vendar ima LiPF6 slabo toplotno in kemično stabilnost in je zelo občutljiv na vodo.
Trenutno so litijeve soli v komercialnem elektrolitu za litij-ionske baterije večinoma LiPF6 in LiPF6 daje elektrolitu odlično elektrokemično delovanje.Vendar ima LiPF6 slabo termično in kemično stabilnost ter je zelo občutljiv na vodo.Pod delovanjem majhne količine H2O se bodo kisle snovi, kot je HF, razgradile, nato pa bo pozitivni material korodiral, prehodni kovinski elementi pa se bodo raztopili, površina negativne elektrode pa se bo preselila, da uniči film SEI. , Rezultati kažejo, da film SEI še naprej raste, kar vodi do stalnega upadanja zmogljivosti litij-ionskih baterij.
Da bi premagali te težave, so ljudje upali, da so litijeve soli imida s stabilnejšo H2O in boljšo toplotno in kemično stabilnostjo, kot so litijeve soli, kot so LiTFSI, lifsi in liftfsi, omejene s stroškovnimi dejavniki in anioni litijevih soli. kot je LiTFSI, ni mogoče rešiti za korozijo Al folije itd., litijeva sol LiTFSI ni bila uporabljena v praksi.Pred kratkim je VARVARA sharova iz nemškega laboratorija HIU našla nov način za uporabo imidnih litijevih soli kot elektrolitskih dodatkov.
Nizek potencial grafitne negativne elektrode v litij-ionski bateriji bo povzročil razgradnjo elektrolita na njeni površini, pri čemer bo nastala pasivna plast, ki se imenuje film SEI.Film SEI lahko prepreči razgradnjo elektrolita na negativni površini, zato ima stabilnost filma SEI odločilen vpliv na stabilnost cikla litij-ionskih baterij.Čeprav litijeve soli, kot je LiTFSI, nekaj časa ni mogoče uporabiti kot raztopino komercialnega elektrolita, so jo uporabljali kot dodatke in je dosegla zelo dobre rezultate.Eksperiment VARVARA sharova je ugotovil, da lahko dodajanje 2 masnih % LiTFSI v elektrolit učinkovito izboljša cikel delovanja lifepo4/grafitne baterije: 600 ciklov pri 20 ℃ in upad zmogljivosti je manjši od 2 %.V kontrolni skupini je dodan elektrolit z 2 mas. % dodatka VC.Pod enakimi pogoji padec zmogljivosti baterije doseže približno 20%.
Da bi preverili učinek različnih dodatkov na zmogljivost litij-ionskih baterij, je slepo skupino lp30 (EC: DMC = 1:1) brez dodatkov in poskusno skupino z VC, LiTFSI, lifsi in liftfsi pripravila varvarvara sharova oz.Učinkovitost teh elektrolitov je bila ovrednotena z gumbasto pol celico in polno celico.
Zgornja slika prikazuje voltametrične krivulje elektrolitov slepe kontrolne skupine in poskusne skupine.Med postopkom redukcije smo opazili, da se je v elektrolitu slepe skupine pojavil očiten vrh toka pri približno 0,65 v, kar ustreza redukcijski razgradnji topila EC.Vrh razgradnega toka eksperimentalne skupine z dodatkom VC se je premaknil na visok potencial, kar je bilo predvsem zato, ker je bila napetost razgradnje dodatka VC višja od napetosti EC, zato je najprej prišlo do razgradnje, ki je zaščitila EC.Vendar se voltametrične krivulje elektrolita, dodanega z dodatki LiTFSI, lifsi in littfsi, niso bistveno razlikovale od krivulj slepe skupine, kar je pokazalo, da dodatki imida ne morejo zmanjšati razgradnje topila EC.
Zgornja slika prikazuje elektrokemično delovanje grafitne anode v različnih elektrolitih.Glede na učinkovitost prvega polnjenja in praznjenja je kulonska učinkovitost slepe skupine 93,3 %, prva učinkovitost elektrolitov z LiTFSI, lifsi in liftfsi je 93,3 %, 93,6 % oziroma 93,8 %.Vendar pa je prvi izkoristek elektrolitov z dodatkom VC le 91,5 %, kar je predvsem zato, ker med prvo litijevo interkalacijo grafita VC razpade na površini grafitne anode in porabi več Li.
Sestava filma SEI bo imela velik vpliv na ionsko prevodnost in nato vplivala na hitrost delovanja Li-ionske baterije.Pri preizkusu hitrosti je bilo ugotovljeno, da ima elektrolit z dodatkoma lifsi in liftfsi nekoliko nižjo kapaciteto kot drugi elektroliti pri praznjenju velikega toka.Pri preskusu cikla C / 2 je zmogljivost cikla vseh elektrolitov z imidnimi dodatki zelo stabilna, medtem ko se kapaciteta elektrolitov z dodatki VC zmanjša.
Da bi ocenili stabilnost elektrolita v dolgoročnem ciklu litij-ionske baterije, je VARVARA sharova pripravila tudi LiFePO4 / grafitno polno celico z gumbasto celico in ocenila delovanje cikla elektrolita z različnimi dodatki pri 20 ℃ in 40 ℃.Rezultati ocenjevanja so prikazani v spodnji tabeli.Iz tabele je razvidno, da je učinkovitost elektrolita z dodatkom LiTFSI prvič bistveno višja kot z dodatkom VC, zmogljivost cikliranja pri 20 ℃ pa je še bolj osupljiva.Stopnja zadrževanja kapacitete elektrolita z dodatkom LiTFSI je po 600 ciklih 98,1 %, medtem ko je stopnja zadrževanja kapacitete elektrolita z dodatkom VC le 79,6 %.Vendar pa ta prednost izgine, ko elektrolit kroži pri 40 ℃ in vsi elektroliti imajo podobno ciklično zmogljivost.
Iz zgornje analize ni težko ugotoviti, da je mogoče zmogljivost cikla litij-ionske baterije znatno izboljšati, če kot dodatek elektrolitu uporabimo sol litijevega imida.Da bi proučila mehanizem delovanja dodatkov, kot je LiTFSI v litij-ionskih baterijah, je VARVARA sharova analizirala sestavo filma SEI, ki nastane na površini grafitne anode v različnih elektrolitih z XPS.Naslednja slika prikazuje rezultate analize XPS filma SEI, ki je nastal na površini grafitne anode po prvem in 50. ciklu.Vidimo lahko, da je vsebnost LIF v filmu SEI, ki nastane v elektrolitu z dodatkom LiTFSI, bistveno višja kot v elektrolitu z dodatkom VC.Nadaljnja kvantitativna analiza sestave filma SEI kaže, da je vrstni red vsebnosti LIF v filmu SEI lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > prazna skupina po prvem ciklu, vendar film SEI po prvem polnjenju ni nespremenljiv.Po 50 ciklih se je vsebnost LIF v filmu SEI v elektrolitu lifsi in liftfsi zmanjšala za 12 % oziroma 43 %, medtem ko se je vsebnost LIF v elektrolitu, dodanem z LiTFSI, povečala za 9 %.
Na splošno menimo, da je struktura membrane SEI razdeljena na dve plasti: notranjo anorgansko plast in zunanjo organsko plast.Anorganska plast je v glavnem sestavljena iz LIF, Li2CO3 in drugih anorganskih komponent, ki imajo boljšo elektrokemijsko učinkovitost in večjo ionsko prevodnost.Zunanja organska plast je v glavnem sestavljena iz produktov razgradnje poroznega elektrolita in polimerizacije, kot so roco2li, PEO in tako naprej, ki nima močne zaščite za elektrolit, zato upamo, da membrana SEI vsebuje več anorganskih komponent.Imidni dodatki lahko prinesejo več anorganskih komponent LIF na membrano SEI, zaradi česar je struktura membrane SEI bolj stabilna, lahko bolje preprečijo razgradnjo elektrolita v procesu cikla baterije, zmanjšajo porabo Li in znatno izboljšajo delovanje cikla baterije.
Kot elektrolitski dodatki, zlasti dodatki LiTFSI, lahko imidne litijeve soli znatno izboljšajo delovanje cikla baterije.To je predvsem posledica dejstva, da ima film SEI, oblikovan na površini grafitne anode, več LIF, tanjši in stabilnejši film SEI, kar zmanjša razgradnjo elektrolita in zmanjša upor vmesnika.Vendar pa je iz trenutnih eksperimentalnih podatkov dodatek LiTFSI bolj primeren za uporabo pri sobni temperaturi.Pri 40 ℃ aditiv LiTFSI nima očitne prednosti pred aditivom VC.
Čas objave: 15. aprila 2021