Šaltinis: naujas energijos lyderis, autorius
Anotacija: šiuo metu komerciniame ličio jonų akumuliatoriaus elektrolite esančios ličio druskos daugiausia yra LiPF6 ir LiPF6, todėl elektrolitas užtikrina puikias elektrochemines savybes, tačiau LiPF6 turi prastą terminį ir cheminį stabilumą ir yra labai jautrus vandeniui.
Šiuo metu komerciniame ličio jonų akumuliatoriaus elektrolite esančios ličio druskos daugiausia yra LiPF6, o LiPF6 elektrolitui suteikė puikias elektrochemines savybes.Tačiau LiPF6 turi prastą terminį ir cheminį stabilumą ir yra labai jautrus vandeniui.Veikiant nedideliam kiekiui H2O, rūgštinės medžiagos, tokios kaip HF, bus suskaidomos, o tada teigiama medžiaga bus korozija, o pereinamojo metalo elementai ištirps, o neigiamo elektrodo paviršius bus migruotas, kad sunaikintų SEI plėvelę. Rezultatai rodo, kad SEI plėvelė ir toliau auga, o tai lemia nuolatinį ličio jonų akumuliatorių talpos mažėjimą.
Siekdami išspręsti šias problemas, žmonės tikėjosi, kad imido ličio druskas, turinčias stabilesnį H2O ir geresnį terminį bei cheminį stabilumą, pvz., ličio druskas, tokias kaip LiTFSI, lifsi ir liftfsi, riboja sąnaudų veiksniai ir ličio druskų anijonai. pvz., LiTFSI negalima išspręsti dėl Al folijos korozijos ir pan., LiTFSI ličio druska praktiškai nebuvo taikoma.Neseniai Vokietijos HIU laboratorija VARVARA sharova rado naują būdą ličio imidinėms druskoms naudoti kaip elektrolitų priedus.
Mažas grafito neigiamo elektrodo potencialas ličio jonų akumuliatoriuje sukels elektrolito skilimą ant jo paviršiaus, sudarydamas pasyvavimo sluoksnį, kuris vadinamas SEI plėvele.SEI plėvelė gali užkirsti kelią elektrolitui skilti ant neigiamo paviršiaus, todėl SEI plėvelės stabilumas turi lemiamos įtakos ličio jonų akumuliatorių ciklo stabilumui.Nors ličio druskos, tokios kaip LiTFSI, kurį laiką negali būti naudojamos kaip komercinio elektrolito tirpalas, jos buvo naudojamos kaip priedai ir pasiekė labai gerų rezultatų.VARVARA Sharova eksperimentas parodė, kad į elektrolitą įdėjus 2 masės % LiTFSI, galima efektyviai pagerinti lifepo4/grafito baterijos ciklą: 600 ciklų esant 20 ℃, o talpos sumažėjimas yra mažesnis nei 2 %.Kontrolinėje grupėje pridedamas elektrolitas su 2 masės % VC priedu.Tomis pačiomis sąlygomis akumuliatoriaus talpos sumažėjimas siekia apie 20%.
Siekiant patikrinti skirtingų priedų poveikį ličio jonų akumuliatorių veikimui, varvarvara sharova paruošė tuščiąją grupę lp30 (EC: DMC = 1:1) be priedų ir eksperimentinę grupę su VC, LiTFSI, lifsi ir liftfsi. atitinkamai.Šių elektrolitų veikimas buvo įvertintas pagal pusinę ir pilną elementą.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytos tuščiosios kontrolinės grupės ir eksperimentinės grupės elektrolitų voltamperinės kreivės.Redukcijos proceso metu pastebėjome, kad tuščiosios grupės elektrolite atsirado akivaizdi srovės smailė esant maždaug 0, 65 V, o tai atitinka EB tirpiklio redukcinį skilimą.Eksperimentinės grupės su VC priedu skilimo srovės smailė pasislinko į aukštą potencialą, daugiausia dėl to, kad VC priedo skilimo įtampa buvo didesnė nei EC, Todėl pirmiausia įvyko skilimas, kuris apsaugojo EC.Tačiau elektrolito, pridėto su LiTFSI, lifsi ir littfsi priedais, voltamperinės kreivės reikšmingai nesiskyrė nuo tuščiosios grupės kreivės, o tai parodė, kad imido priedai negalėjo sumažinti EB tirpiklio skilimo.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta grafito anodo elektrocheminė charakteristika skirtinguose elektrolituose.Pagal pirmojo įkrovimo ir iškrovimo efektyvumą tuščiosios grupės kulonų efektyvumas yra 93,3%, pirmasis elektrolitų su LiTFSI, lifsi ir liftfsi efektyvumas yra atitinkamai 93,3%, 93,6% ir 93,8%.Tačiau pirmasis elektrolitų su VC priedu efektyvumas yra tik 91,5%, o tai daugiausia dėl to, kad per pirmąjį grafito ličio įsiterpimą VC suyra ant grafito anodo paviršiaus ir sunaudoja daugiau Li.
SEI plėvelės sudėtis turės didelę įtaką jonų laidumui, o vėliau turės įtakos ličio jonų akumuliatoriaus veikimo greičiui.Atliekant greičio veikimo testą, nustatyta, kad elektrolitas su lifsi ir liftfsi priedais turi šiek tiek mažesnę talpą nei kiti elektrolitai esant didelės srovės išlydžiui.C / 2 ciklo teste visų elektrolitų su imidiniais priedais ciklo veikimas yra labai stabilus, o elektrolitų su VC priedais talpa mažėja.
Siekdama įvertinti elektrolito stabilumą ilgalaikiame ličio jonų akumuliatoriaus cikle, VARVARA sharova taip pat paruošė LiFePO4 / grafito pilną elementą su mygtukų elementu ir įvertino elektrolito ciklo veikimą su skirtingais priedais esant 20 ℃ ir 40 ℃.Vertinimo rezultatai pateikti žemiau esančioje lentelėje.Iš lentelės matyti, kad elektrolito su LiTFSI priedu efektyvumas yra žymiai didesnis nei pirmą kartą naudojant VC priedą, o važiavimo dviračiu našumas esant 20 ℃ yra dar stulbinantis.Elektrolito su LiTFSI priedu talpos sulaikymo rodiklis po 600 ciklų yra 98,1%, o elektrolito su VC priedu talpos išlaikymo rodiklis yra tik 79,6%.Tačiau šis pranašumas išnyksta, kai elektrolitas veikia 40 ℃ temperatūroje, o visi elektrolitai turi panašią ciklą.
Iš pirmiau pateiktos analizės nesunku pastebėti, kad ličio jonų akumuliatoriaus ciklo veikimas gali būti žymiai pagerintas, kai ličio imido druska naudojama kaip elektrolito priedas.Siekdama ištirti priedų, tokių kaip LiTFSI, veikimo mechanizmą ličio jonų akumuliatoriuose, VARVARA sharova išanalizavo SEI plėvelės, susidariusios ant grafito anodo paviršiaus skirtinguose elektrolituose XPS, sudėtį.Toliau pateiktame paveikslėlyje pavaizduoti SEI plėvelės, susidariusios ant grafito anodo paviršiaus po pirmojo ir 50-ojo ciklų, XPS analizės rezultatai.Matyti, kad elektrolite su LiTFSI priedu susidariusioje SEI plėvelėje LIF kiekis yra žymiai didesnis nei elektrolite su VC priedu.Tolesnė kiekybinė SEI plėvelės sudėties analizė rodo, kad LIF turinio tvarka SEI plėvelėje yra lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > tuščia grupė po pirmojo ciklo, tačiau SEI plėvelė nėra nekintanti po pirmojo įkrovimo.Po 50 ciklų SEI plėvelės LIF kiekis lifsi ir liftfsi elektrolituose sumažėjo atitinkamai 12% ir 43%, o elektrolito, pridėto su LiTFSI, LIF kiekis padidėjo 9%.
Paprastai manome, kad SEI membranos struktūra yra padalinta į du sluoksnius: vidinį neorganinį sluoksnį ir išorinį organinį sluoksnį.Neorganinį sluoksnį daugiausia sudaro LIF, Li2CO3 ir kiti neorganiniai komponentai, kurie pasižymi geresnėmis elektrocheminėmis savybėmis ir didesniu joniniu laidumu.Išorinį organinį sluoksnį daugiausia sudaro poringi elektrolitų skilimo ir polimerizacijos produktai, tokie kaip roco2li, PEO ir pan., Kuris neturi stiprios elektrolito apsaugos, todėl tikimės, kad SEI membranoje yra daugiau neorganinių komponentų.Imido priedai gali įnešti į SEI membraną daugiau neorganinių LIF komponentų, todėl SEI membranos struktūra tampa stabilesnė, gali geriau užkirsti kelią elektrolitų skilimui akumuliatoriaus ciklo procese, sumažinti Li suvartojimą ir žymiai pagerinti akumuliatoriaus ciklo veikimą.
Kaip elektrolitų priedai, ypač LiTFSI priedai, ličio imido druskos gali žymiai pagerinti akumuliatoriaus ciklo veikimą.Taip yra daugiausia dėl to, kad grafito anodo paviršiuje suformuota SEI plėvelė turi daugiau LIF, plonesnę ir stabilesnę SEI plėvelę, kuri sumažina elektrolito skilimą ir sumažina sąsajos varžą.Tačiau, remiantis dabartiniais eksperimentiniais duomenimis, LiTFSI priedas labiau tinka naudoti kambario temperatūroje.Esant 40 ℃, LiTFSI priedas neturi akivaizdaus pranašumo prieš VC priedą.
Paskelbimo laikas: 2021-04-15