Kaynak: yeni enerji lideri, yazan
Özet: Şu anda, ticari lityum-iyon pil elektrolitindeki lityum tuzları esas olarak LiPF6'dır ve LiPF6, elektrolite mükemmel elektrokimyasal performans vermiştir, ancak LiPF6 zayıf termal ve kimyasal stabiliteye sahiptir ve suya karşı çok hassastır.
Şu anda, ticari lityum-iyon pil elektrolitindeki lityum tuzları esas olarak LiPF6'dır ve LiPF6, elektrolite mükemmel elektrokimyasal performans vermiştir.Bununla birlikte, LiPF6 zayıf termal ve kimyasal stabiliteye sahiptir ve suya karşı çok hassastır.Az miktarda H2O'nun etkisi altında, HF gibi asit maddeler ayrışacak ve daha sonra pozitif malzeme paslanacak ve geçiş metali elementleri çözülecek ve negatif elektrot yüzeyi SEI filmini yok etmek için taşınacaktır. , Sonuçlar, SEI filminin büyümeye devam ettiğini ve bunun da lityum iyon pillerin kapasitesinin sürekli olarak düşmesine yol açtığını gösteriyor.
Bu sorunların üstesinden gelmek için insanlar, LiTFSI, lifsi ve liftfsi gibi lityum tuzları gibi daha kararlı H2O ve daha iyi termal ve kimyasal kararlılığa sahip imidin lityum tuzlarının maliyet faktörleri ve lityum tuzlarının anyonları tarafından sınırlandırılmasını umdular. LiTFSI gibi Al folyo korozyonu çözülemez vb. LiTFSI lityum tuzu pratikte uygulanmamıştır.Son zamanlarda, Alman HIU laboratuvarından VARVARA sharova, elektrolit katkı maddeleri olarak imid lityum tuzlarının uygulanması için yeni bir yol bulmuştur.
Li-iyon pildeki grafit negatif elektrodun düşük potansiyeli, SEI filmi adı verilen pasivasyon tabakası oluşturarak yüzeyindeki elektrolitin ayrışmasına yol açacaktır.SEI filmi, elektrolitin negatif yüzey üzerinde ayrışmasını önleyebilir, bu nedenle SEI filminin stabilitesi, lityum iyon pillerin döngü stabilitesi üzerinde çok önemli bir etkiye sahiptir.LiTFSI gibi lityum tuzları bir süre ticari elektrolitte çözünen olarak kullanılamasa da katkı maddesi olarak kullanılmış ve çok iyi sonuçlar elde edilmiştir.VARVARA sharova deneyi, elektrolite ağırlıkça %2 LiTFSI eklenmesinin lifepo4/grafit pilin döngü performansını etkili bir şekilde artırabildiğini buldu: 20°C'de 600 döngü ve kapasite düşüşü %2'den az.Kontrol grubuna ağırlıkça %2 VC katkılı elektrolit eklenir.Aynı koşullar altında pilin kapasitesindeki azalma yaklaşık %20'ye ulaşır.
Farklı katkı maddelerinin lityum-iyon pillerin performansı üzerindeki etkisini doğrulamak için katkısız boş grup lp30 (EC: DMC = 1:1) ve VC, LiTFSI, lifsi ve liftfsi içeren deney grubu varvarvara sharova tarafından hazırlanmıştır. sırasıyla.Bu elektrolitlerin performansı düğme yarım hücre ve tam hücre tarafından değerlendirildi.
Yukarıdaki şekil, boş kontrol grubu ve deney grubunun elektrolitlerinin voltametrik eğrilerini göstermektedir.İndirgeme işlemi sırasında, boş grubun elektrolitinde EC solventinin indirgeme ayrışmasına karşılık gelen yaklaşık 0.65v'de belirgin bir akım tepe noktasının ortaya çıktığını fark ettik.VC katkılı deney grubunun ayrışma akımı tepe noktası, esas olarak VC katkı maddesinin ayrışma voltajının EC'ninkinden daha yüksek olması nedeniyle yüksek potansiyele kaymıştır. Bu nedenle, önce EC'yi koruyan ayrışma meydana geldi.Bununla birlikte, LiTFSI, lifsi ve littfsi katkıları ile eklenen elektrolitin voltametrik eğrileri, boş grubunkinden önemli ölçüde farklı değildi, bu, imid katkılarının EC çözücünün ayrışmasını azaltamadığını gösterdi.
Yukarıdaki şekil, grafit anodun farklı elektrolitlerdeki elektrokimyasal performansını göstermektedir.İlk şarj ve deşarj verimliliğinden boş grubun coulomb verimi %93,3, LiTFSI'li elektrolitlerin birinci verimi, lifsi ve liftfsi sırasıyla %93,3, %93,6 ve %93,8'dir.Bununla birlikte, VC katkılı elektrolitlerin ilk verimi yalnızca %91,5'tir, bunun başlıca nedeni grafitin ilk lityum interkalasyonu sırasında VC'nin grafit anot yüzeyinde ayrışması ve daha fazla Li tüketmesidir.
SEI filminin bileşimi, iyonik iletkenlik üzerinde büyük bir etkiye sahip olacak ve ardından Li iyon pilin hız performansını etkileyecektir.Hız performans testinde lifsi ve liftfsi katkılı elektrolitin yüksek akım deşarjında diğer elektrolitlere göre biraz daha düşük kapasiteye sahip olduğu bulunmuştur.C/2 çevrim testinde imid katkılı tüm elektrolitlerin çevrim performansı oldukça stabil iken VC katkılı elektrolitlerin kapasitesi düşmektedir.
VARVARA sharova, lityum iyon pilin uzun süreli döngüsünde elektrolit stabilitesini değerlendirmek için düğme hücreli LiFePO4 / grafit tam hücreyi de hazırladı ve 20 ℃ ve 40 ℃'de farklı katkı maddeleri içeren elektrolitin döngü performansını değerlendirdi.Değerlendirme sonuçları aşağıdaki tabloda gösterilmektedir.Tablodan, LiTFSI katkılı elektrolitin veriminin ilk kez VC katkılı olandan önemli ölçüde daha yüksek olduğu ve 20 ℃'de çevrim performansının daha da ezici olduğu görülebilir.LiTFSI katkılı elektrolitin kapasite tutma oranı 600 döngüden sonra %98,1 iken, VC katkılı elektrolitin kapasite tutma oranı sadece %79,6'dır.Bununla birlikte, elektrolit 40 ℃'de çevrildiğinde ve tüm elektrolitler benzer döngü performansına sahip olduğunda bu avantaj ortadan kalkar.
Yukarıdaki analizden, lityum iyon pilin döngü performansının, elektrolit katkı maddesi olarak lityum imid tuzu kullanıldığında önemli ölçüde iyileştirilebileceğini görmek zor değildir.LiTFSI gibi katkı maddelerinin lityum iyon pillerdeki etki mekanizmasını incelemek için VARVARA sharova, grafit anot yüzeyinde farklı elektrolitlerde XPS ile oluşturulan SEI filminin bileşimini analiz etti.Aşağıdaki şekil grafit anot yüzeyinde oluşan SEI filminin birinci ve 50. döngüden sonra XPS analiz sonuçlarını göstermektedir.LiTFSI katkılı elektrolitte oluşturulan SEI filmindeki LIF içeriğinin, VC katkılı elektrolite göre önemli ölçüde daha yüksek olduğu görülmektedir.SEI filminin bileşiminin daha ileri kantitatif analizi, SEI filminde LIF içeriğinin sırasının birinci döngüden sonra lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > boş grup olduğunu, ancak SEI filminin ilk şarjdan sonra değişmez olmadığını göstermektedir.50 döngüden sonra, SEI filminin lifsi ve liftfsi elektrolitindeki LIF içeriği sırasıyla %12 ve %43 azalırken, LiTFSI ile eklenen elektrolitin LIF içeriği %9 arttı.
Genel olarak, SEI zarının yapısının iki katmana ayrıldığını düşünüyoruz: iç inorganik katman ve dış organik katman.İnorganik katman, daha iyi elektrokimyasal performansa ve daha yüksek iyonik iletkenliğe sahip olan LIF, Li2CO3 ve diğer inorganik bileşenlerden oluşur.Dış organik tabaka esas olarak elektrolit için güçlü bir korumaya sahip olmayan roco2li, PEO ve benzeri gibi gözenekli elektrolit ayrışma ve polimerizasyon ürünlerinden oluşur. Bu nedenle, SEI zarının daha fazla inorganik bileşen içerdiğini umuyoruz.İmid katkı maddeleri, SEI zarının yapısını daha kararlı hale getiren SEI zarına daha fazla inorganik LIF bileşeni getirebilir, pil döngüsü sürecinde elektrolit ayrışmasını daha iyi önleyebilir, Li tüketimini azaltabilir ve pilin döngü performansını önemli ölçüde artırabilir.
Elektrolit katkı maddeleri olarak, özellikle LiTFSI katkı maddeleri olarak, imid lityum tuzları, pilin döngü performansını önemli ölçüde artırabilir.Bunun başlıca nedeni, grafit anot yüzeyinde oluşan SEI filminin daha fazla LIF'ye, daha ince ve daha kararlı SEI filmine sahip olmasıdır, bu da elektrolitin ayrışmasını azaltır ve arayüz direncini azaltır.Bununla birlikte, mevcut deneysel verilerden, LiTFSI katkısının oda sıcaklığında kullanılması daha uygundur.40 ℃'de, LiTFSI katkı maddesinin VC katkı maddesine göre bariz bir avantajı yoktur.
Gönderim zamanı: 15 Nisan-2021