Източник: нов енергиен лидер, от
Резюме: понастоящем литиевите соли в търговския електролит за литиево-йонни батерии са главно LiPF6 и LiPF6 е дал на електролита отлични електрохимични характеристики, но LiPF6 има лоша термична и химическа стабилност и е много чувствителен към вода.
Понастоящем литиевите соли в търговския електролит за литиево-йонни батерии са главно LiPF6 и LiPF6 е дал на електролита отлични електрохимични характеристики.LiPF6 обаче има лоша термична и химическа стабилност и е много чувствителен към вода.Под действието на малко количество H2O киселинни вещества като HF ще бъдат разложени и след това положителният материал ще бъде корозирал и елементите на преходния метал ще бъдат разтворени и повърхността на отрицателния електрод ще бъде мигрирана, за да унищожи SEI филма Резултатите показват, че SEI филмът продължава да расте, което води до непрекъснат спад на капацитета на литиево-йонните батерии.
За да се преодолеят тези проблеми, хората се надяват, че литиевите соли на имид с по-стабилна H2O и по-добра термична и химическа стабилност, като литиевите соли като LiTFSI, lifsi и liftfsi, са ограничени от факторите на разходите и анионите на литиевите соли като LiTFSI не може да бъде решен за корозия на Al фолио и т.н., LiTFSI литиевата сол не е приложена на практика.Наскоро VARVARA sharova от немската лаборатория HIU откри нов начин за прилагане на имидни литиеви соли като електролитни добавки.
Ниският потенциал на графитния отрицателен електрод в литиево-йонната батерия ще доведе до разлагане на електролита на неговата повърхност, образувайки пасивиращ слой, който се нарича SEI филм.SEI филмът може да предотврати разлагането на електролита върху отрицателната повърхност, така че стабилността на SEI филма има решаващо влияние върху стабилността на цикъла на литиево-йонните батерии.Въпреки че литиевите соли като LiTFSI не могат да се използват като разтворител на търговски електролит за известно време, той е бил използван като добавки и е постигнал много добри резултати.Експериментът VARVARA sharova установи, че добавянето на 2wt% LiTFSI в електролита може ефективно да подобри производителността на цикъла на lifepo4/графитната батерия: 600 цикъла при 20 ℃ и спадът на капацитета е по-малко от 2%.В контролната група се добавя електролит с 2wt% VC добавка.При същите условия спадът на капацитета на батерията достига около 20%.
За да се провери ефектът на различните добавки върху производителността на литиево-йонните батерии, празната група lp30 (EC: DMC = 1:1) без добавки и експерименталната група с VC, LiTFSI, lifsi и liftfsi бяха подготвени от varvarvara sharova съответно.Ефективността на тези електролити беше оценена чрез бутон половин клетка и пълна клетка.
Фигурата по-горе показва волтаметричните криви на електролитите от празната контролна група и експерименталната група.По време на процеса на редукция забелязахме, че се появява очевиден пик на тока в електролита на празната група при около 0,65 v, съответстващ на редукционното разлагане на EC разтворителя.Пикът на тока на разлагане на експерименталната група с VC добавка се измества към високия потенциал, което се дължи главно на това, че напрежението на разлагане на VC добавката е по-високо от това на EC, следователно първо се извършва разлагането, което защитава EC.Въпреки това, волтаметричните криви на електролита, добавен с LiTFSI, lifsi и littfsi добавки, не се различават значително от тези на празната група, което показва, че имидните добавки не могат да намалят разлагането на EC разтворителя.
Фигурата по-горе показва електрохимичните характеристики на графитен анод в различни електролити.От ефективността на първо зареждане и разреждане, кулоновата ефективност на празната група е 93,3%, първата ефективност на електролитите с LiTFSI, lifsi и liftfsi е съответно 93,3%, 93,6% и 93,8%.Въпреки това, първата ефективност на електролитите с VC добавка е само 91,5%, което се дължи главно на факта, че по време на първото литиево интеркалиране на графит, VC се разлага на повърхността на графитния анод и консумира повече Li.
Съставът на SEI филма ще има голямо влияние върху йонната проводимост и след това ще повлияе на скоростта на литиево-йонната батерия.При теста за ефективност на скоростта е установено, че електролитът с добавките lifsi и liftfsi има малко по-нисък капацитет от други електролити при разряд с силен ток.При теста за цикъл C / 2, производителността на цикъла на всички електролити с имидни добавки е много стабилна, докато капацитетът на електролитите с VC добавки намалява.
За да се оцени стабилността на електролита в дългосрочния цикъл на литиево-йонна батерия, VARVARA sharova също подготви LiFePO4 / графитна пълна клетка с бутонна клетка и оцени цикъла на електролит с различни добавки при 20 ℃ и 40 ℃.Резултатите от оценката са показани в таблицата по-долу.Може да се види от таблицата, че ефективността на електролита с добавка LiTFSI е значително по-висока от тази с добавка VC за първи път, а производителността при цикъл при 20 ℃ е още по-съкрушителна.Степента на задържане на капацитета на електролита с добавка LiTFSI е 98,1% след 600 цикъла, докато степента на задържане на капацитета на електролита с добавка VC е само 79,6%.Това предимство обаче изчезва, когато електролитът се върти при 40 ℃ и всички електролити имат сходна производителност на цикли.
От горния анализ не е трудно да се види, че производителността на цикъла на литиево-йонната батерия може да бъде значително подобрена, когато солта на литиев имид се използва като електролитна добавка.За да проучи механизма на действие на добавки като LiTFSI в литиево-йонни батерии, VARVARA sharova анализира състава на SEI филма, образуван върху повърхността на графитен анод в различни електролити чрез XPS.Следващата фигура показва резултатите от XPS анализа на SEI филм, образуван върху повърхността на графитен анод след първия и 50-ия цикъл.Може да се види, че съдържанието на LIF в SEI филма, образуван в електролита с добавка LiTFSI, е значително по-високо от това в електролита с добавка VC.Допълнителен количествен анализ на състава на SEI филма показва, че редът на съдържанието на LIF в SEI филма е lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > празна група след първия цикъл, но SEI филмът не е неизменен след първото зареждане.След 50 цикъла съдържанието на LIF на SEI филма в електролита lifsi и liftfsi намалява съответно с 12% и 43%, докато съдържанието на LIF на електролита, добавен с LiTFSI, се увеличава с 9%.
Като цяло смятаме, че структурата на SEI мембраната е разделена на два слоя: вътрешен неорганичен слой и външен органичен слой.Неорганичният слой се състои главно от LIF, Li2CO3 и други неорганични компоненти, които имат по-добри електрохимични характеристики и по-висока йонна проводимост.Външният органичен слой се състои главно от порести продукти на разлагане на електролита и полимеризация, като roco2li, PEO и т.н., които нямат силна защита за електролита, затова се надяваме, че SEI мембраната съдържа повече неорганични компоненти.Имидните добавки могат да донесат повече неорганични LIF компоненти към SEI мембраната, което прави структурата на SEI мембраната по-стабилна, може по-добре да предотврати разграждането на електролита в процеса на цикъла на батерията, да намали консумацията на Li и значително да подобри производителността на цикъла на батерията.
Като електролитни добавки, особено LiTFSI добавките, имидните литиеви соли могат значително да подобрят производителността на цикъла на батерията.Това се дължи главно на факта, че SEI филмът, образуван върху повърхността на графитен анод, има повече LIF, по-тънък и по-стабилен SEI филм, което намалява разлагането на електролита и намалява съпротивлението на интерфейса.Въпреки това, от настоящите експериментални данни, LiTFSI добавката е по-подходяща за използване при стайна температура.При 40 ℃ добавката LiTFSI няма очевидно предимство пред добавката VC.
Време на публикуване: 15 април 2021 г