Крыніца: новы энергетычны лідэр, аўтар
Анатацыя: у цяперашні час солі літыя ў камерцыйным электраліце для літый-іённых акумулятараў у асноўным складаюцца з LiPF6, і LiPF6 забяспечвае электраліт выдатнымі электрахімічнымі характарыстыкамі, але LiPF6 мае дрэнную тэрмічную і хімічную стабільнасць і вельмі адчувальны да вады.
У цяперашні час солі літыя ў камерцыйным электраліце для літый-іённых акумулятараў у асноўным складаюцца з LiPF6, і LiPF6 забяспечвае электрахімічныя характарыстыкі электраліта.Аднак LiPF6 мае дрэнную тэрмічную і хімічную стабільнасць і вельмі адчувальны да вады.Пад дзеяннем невялікай колькасці H2O кіслотныя рэчывы, такія як HF, будуць раскладацца, а затым станоўчы матэрыял будзе падвяргацца карозіі, а элементы пераходнага металу будуць растварацца, а паверхня адмоўнага электрода будзе перамяшчацца, разбураючы плёнку SEI. , Вынікі паказваюць, што плёнка SEI працягвае расці, што прыводзіць да пастаяннага зніжэння ёмістасці літый-іённых акумулятараў.
Каб пераадолець гэтыя праблемы, людзі спадзяваліся, што літыевыя солі іміду з больш стабільнай H2O і лепшай тэрмічнай і хімічнай стабільнасцю, такія як солі літыя, такія як LiTFSI, lifsi і liftfsi, абмежаваныя фактарамі кошту і аніёнамі соляў літыя. такія як LiTFSI не могуць быць вырашаны для карозіі Al фальгі і г.д., соль літыя LiTFSI не ўжываецца на практыцы.Нядаўна ВАРВАРА Шарова з нямецкай лабараторыі HIU знайшла новы спосаб прымянення імідных соляў літыя ў якасці дадаткаў да электралітаў.
Нізкі патэнцыял графітавага адмоўнага электрода ў літый-іённай батарэі прывядзе да раскладання электраліта на яго паверхні, утвараючы пасівацыйны пласт, які называецца плёнкай SEI.Плёнка SEI можа прадухіліць раскладанне электраліта на адмоўнай паверхні, таму стабільнасць плёнкі SEI мае вырашальны ўплыў на стабільнасць цыклу літый-іённых батарэй.Хоць солі літыя, такія як LiTFSI, некаторы час нельга выкарыстоўваць у якасці растворанага рэчыва камерцыйнага электраліта, яны выкарыстоўваліся ў якасці дадаткаў і дасягнулі вельмі добрых вынікаў.Эксперымент VARVARA Sharova выявіў, што даданне 2 мас.% LiTFSI у электраліт можа эфектыўна палепшыць цыкл жыццёвай батарэі з графітавым акумулятарам: 600 цыклаў пры 20 ℃ і зніжэнне ёмістасці менш чым на 2%.У кантрольнай групе дадаюць электраліт з 2 мас.% дабаўкі VC.Пры тых жа ўмовах падзенне ёмістасці акумулятара дасягае прыкладна 20%.
Каб праверыць уплыў розных дабавак на характарыстыкі літый-іённых акумулятараў, варварвара Шарова падрыхтавала пустую групу lp30 (EC: DMC = 1:1) без дабавак і эксперыментальную групу з VC, LiTFSI, lifsi і liftfsi. адпаведна.Прадукцыйнасць гэтых электралітаў ацэньвалася па паўэлементах і поўных элементах.
На малюнку вышэй паказаны вольтамперометрические крывыя электралітаў пустой кантрольнай групы і доследнай групы.Падчас працэсу аднаўлення мы заўважылі, што відавочны пік току з'явіўся ў электраліце пустой групы каля 0,65 В, што адпавядае аднаўленчаму раскладанню растваральніка EC.Пік току раскладання эксперыментальнай групы з дадаткам VC зрушыўся ў бок высокага патэнцыялу, галоўным чынам таму, што напружанне раскладання дабаўкі VC было вышэй, чым у EC. Такім чынам, раскладанне адбывалася першым, што абараняла EC.Аднак вольтампераметрычныя крывыя электраліта, дабаўленага з дадаткамі LiTFSI, lifsi і littfsi, істотна не адрозніваліся ад крывых пустой групы, што сведчыць аб тым, што імідныя дабаўкі не могуць паменшыць раскладанне растваральніка EC.
На малюнку вышэй паказаны электрахімічныя характарыстыкі графітавага анода ў розных электралітах.Зыходзячы з эфектыўнасці першага зарада і разраду, кулонаўская эфектыўнасць пустой групы складае 93,3%, першая эфектыўнасць электралітаў з LiTFSI, lifsi і liftfsi складае 93,3%, 93,6% і 93,8% адпаведна.Аднак першая эфектыўнасць электралітаў з дадаткам VC складае толькі 91,5%, што ў асноўным звязана з тым, што падчас першай інтэркаляцыі літыя ў графіт VC раскладаецца на паверхні графітавага анода і спажывае больш Li.
Склад плёнкі SEI будзе мець вялікі ўплыў на іённую праводнасць, а потым і на хуткасць працы літый-іённай батарэі.Пры праверцы хуткасці выяўлена, што электраліт з дадаткамі lifsi і liftfsi мае крыху меншую ёмістасць, чым іншыя электраліты пры моцным разрадзе.У выпрабаванні цыкла C / 2 прадукцыйнасць цыкла ўсіх электралітаў з іміднымі дадаткамі вельмі стабільная, у той час як ёмістасць электралітаў з дадаткамі VC зніжаецца.
Для таго, каб ацаніць стабільнасць электраліта ў доўгатэрміновым цыкле літый-іённай батарэі, VARVARA sharova таксама падрыхтавала LiFePO4 / графіт поўную ячэйку з кнопачнай ячэйкай і ацаніла прадукцыйнасць цыклу электраліта з рознымі дадаткамі пры 20 ℃ і 40 ℃.Вынікі ацэнкі паказаны ў табліцы ніжэй.З табліцы відаць, што эфектыўнасць электраліта з дадаткам LiTFSI значна вышэйшая, чым з дадаткам VC у першы раз, а прадукцыйнасць цыкла пры 20 ℃ яшчэ больш ашаламляльная.Каэфіцыент захавання ёмістасці электраліта з дадаткам LiTFSI складае 98,1% пасля 600 цыклаў, у той час як каэфіцыент захавання ёмістасці электраліта з дадаткам VC складае толькі 79,6%.Аднак гэтая перавага знікае, калі электраліт цыклічна працуе пры тэмпературы 40 ℃, і ўсе электраліты маюць аднолькавую цыклічнасць.
З прыведзенага вышэй аналізу няцяжка зразумець, што прадукцыйнасць цыкла літый-іённай батарэі можа быць значна палепшана, калі ў якасці дабаўкі да электраліта выкарыстоўваецца імід літыя.Каб вывучыць механізм дзеяння такіх дабавак, як LiTFSI, у літый-іённых батарэях, VARVARA Sharova прааналізавала з дапамогай XPS склад плёнкі SEI, якая ўтвараецца на паверхні графітавага анода ў розных электралітах.На наступным малюнку паказаны вынікі аналізу XPS плёнкі SEI, утворанай на паверхні графітавага анода пасля першага і 50-га цыклаў.Відаць, што ўтрыманне LIF у плёнцы SEI, утворанай у электраліце з дадаткам LiTFSI, значна вышэй, чым у электраліце з дадаткам VC.Далейшы колькасны аналіз складу плёнкі SEI паказвае, што парадак утрымання LIF у плёнцы SEI такі: lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > пустая група пасля першага цыклу, але плёнка SEI не застаецца нязменнай пасля першай зарадкі.Пасля 50 цыклаў утрыманне LIF у плёнцы SEI ў электраліце lifsi і liftfsi знізілася на 12% і 43% адпаведна, у той час як утрыманне LIF у электраліце, дададзеным з LiTFSI, павялічылася на 9%.
Як правіла, мы лічым, што структура мембраны SEI падзелена на два пласта: унутраны неарганічны пласт і вонкавы арганічны пласт.Неарганічны пласт у асноўным складаецца з LIF, Li2CO3 і іншых неарганічных кампанентаў, якія маюць лепшыя электрахімічныя характарыстыкі і больш высокую іённую праводнасць.Знешні арганічны пласт у асноўным складаецца з порыстых прадуктаў раскладання і полімерызацыі электраліта, такіх як roco2li, PEO і гэтак далей, якія не маюць моцнай абароны для электраліта, таму мы спадзяемся, што мембрана SEI змяшчае больш неарганічных кампанентаў.Імідныя дабаўкі могуць унесці больш неарганічных кампанентаў LIF у мембрану SEI, што робіць структуру мембраны SEI больш стабільнай, можа лепш прадухіляць раскладанне электраліта ў працэсе цыклу акумулятара, зніжаць спажыванне Li і значна паляпшаць прадукцыйнасць цыкла акумулятара.
Як дабаўкі да электралітаў, асабліва дабаўкі LiTFSI, імідныя солі літыя могуць значна палепшыць прадукцыйнасць цыкла батарэі.У асноўным гэта звязана з тым, што плёнка SEI, утвораная на паверхні графітавага анода, мае больш LIF, больш тонкую і стабільную плёнку SEI, што памяншае раскладанне электраліта і памяншае супраціўленне паверхні падзелу.Аднак, з сучасных эксперыментальных дадзеных, дабаўка LiTFSI больш падыходзіць для выкарыстання пры пакаёвай тэмпературы.Пры 40 ℃ дабаўка LiTFSI не мае відавочных пераваг перад дадаткам VC.
Час публікацыі: 15 красавіка 2021 г