Avots: jauns enerģijas līderis, autors
Kopsavilkums: pašlaik litija sāļi komerciālajā litija jonu akumulatora elektrolītā galvenokārt ir LiPF6, un LiPF6 ir nodrošinājuši elektrolītam izcilu elektroķīmisko veiktspēju, bet LiPF6 ir slikta termiskā un ķīmiskā stabilitāte, un tas ir ļoti jutīgs pret ūdeni.
Pašlaik litija sāļi komerciālajā litija jonu akumulatora elektrolītā galvenokārt ir LiPF6, un LiPF6 ir nodrošinājuši elektrolītam izcilu elektroķīmisko veiktspēju.Tomēr LiPF6 ir slikta termiskā un ķīmiskā stabilitāte, un tas ir ļoti jutīgs pret ūdeni.Neliela daudzuma H2O iedarbībā tiks sadalītas skābes vielas, piemēram, HF, un tad pozitīvais materiāls tiks korodēts, un pārejas metāla elementi tiks izšķīdināti, un negatīvā elektroda virsma tiks migrēta, lai iznīcinātu SEI plēvi. , Rezultāti liecina, ka SEI plēve turpina augt, kas noved pie nepārtraukta litija jonu akumulatoru kapacitātes samazināšanās.
Lai pārvarētu šīs problēmas, cilvēki ir cerējuši, ka imīda litija sāļus ar stabilāku H2O un labāku termisko un ķīmisko stabilitāti, piemēram, litija sāļus, piemēram, LiTFSI, lifsi un liftfsi, ierobežo izmaksu faktori un litija sāļu anjoni. piemēram, LiTFSI nevar atrisināt Al folijas korozijai utt., LiTFSI litija sāls praksē nav izmantots.Nesen Vācijas HIU laboratorijas VARVARA sharova ir atradusi jaunu veidu litija imīdu sāļu pielietošanai kā elektrolītu piedevas.
Grafīta negatīvā elektroda zemais potenciāls litija jonu akumulatorā novedīs pie elektrolīta sadalīšanās uz tā virsmas, veidojot pasivācijas slāni, ko sauc par SEI plēvi.SEI plēve var novērst elektrolīta sadalīšanos uz negatīvās virsmas, tāpēc SEI plēves stabilitātei ir izšķiroša ietekme uz litija jonu akumulatoru cikla stabilitāti.Lai gan litija sāļus, piemēram, LiTFSI, kādu laiku nevar izmantot kā komerciālā elektrolīta izšķīdinātāju, tie ir izmantoti kā piedevas un ir sasnieguši ļoti labus rezultātus.VARVARA Sharova eksperiments atklāja, ka 2 masu% LiTFSI pievienošana elektrolītam var efektīvi uzlabot lifepo4/grafīta akumulatora cikla veiktspēju: 600 cikli pie 20 ℃ un jaudas samazināšanās ir mazāka par 2%.Kontroles grupā pievieno elektrolītu ar 2wt% VC piedevu.Tādos pašos apstākļos akumulatora jaudas samazināšanās sasniedz aptuveni 20%.
Lai pārbaudītu dažādu piedevu ietekmi uz litija jonu akumulatoru darbību, varvarvara sharova sagatavoja tukšo grupu lp30 (EC: DMC = 1:1) bez piedevām un eksperimentālo grupu ar VC, LiTFSI, lifsi un liftfsi. attiecīgi.Šo elektrolītu veiktspēja tika novērtēta ar pogas puselementu un pilnu elementu.
Augšējā attēlā parādītas tukšās kontroles grupas un eksperimentālās grupas elektrolītu voltammetriskās līknes.Redukcijas procesā mēs pamanījām, ka tukšās grupas elektrolītā parādījās acīmredzams strāvas maksimums pie aptuveni 0, 65 V, kas atbilst EK šķīdinātāja samazināšanās sadalīšanai.Eksperimentālās grupas ar VC piedevu sadalīšanās strāvas maksimums nobīdījās uz augsto potenciālu, kas galvenokārt bija tāpēc, ka VC piedevas sadalīšanās spriegums bija augstāks nekā EC, Tāpēc vispirms notika sadalīšanās, kas aizsargāja EC.Tomēr ar LiTFSI, lifsi un littfsi piedevām pievienotā elektrolīta voltammetriskās līknes būtiski neatšķīrās no tukšās grupas līknēm, kas norādīja, ka imīdu piedevas nevarēja samazināt EK šķīdinātāja sadalīšanos.
Augšējā attēlā parādīta grafīta anoda elektroķīmiskā veiktspēja dažādos elektrolītos.No pirmās uzlādes un izlādes efektivitātes tukšās grupas kulona efektivitāte ir 93,3%, pirmā elektrolītu efektivitāte ar LiTFSI, lifsi un liftfsi ir attiecīgi 93,3%, 93,6% un 93,8%.Tomēr pirmā elektrolītu efektivitāte ar VC piedevu ir tikai 91,5%, kas galvenokārt ir tāpēc, ka pirmās grafīta litija interkalācijas laikā VC sadalās uz grafīta anoda virsmas un patērē vairāk Li.
SEI plēves sastāvam būs liela ietekme uz jonu vadītspēju un pēc tam ietekmēs Li jonu akumulatora darbības ātrumu.Ātruma veiktspējas testā ir konstatēts, ka elektrolītam ar lifsi un liftfsi piedevām ir nedaudz mazāka jauda nekā citiem elektrolītiem lielas strāvas izlādes gadījumā.C / 2 cikla testā visu elektrolītu ar imīdu piedevām cikla veiktspēja ir ļoti stabila, savukārt elektrolītu ar VC piedevām jauda samazinās.
Lai novērtētu elektrolīta stabilitāti litija jonu akumulatora ilgtermiņa ciklā, VARVARA sharova sagatavoja arī LiFePO4 / grafīta pilnu elementu ar pogas elementu, kā arī novērtēja elektrolīta cikla veiktspēju ar dažādām piedevām 20 ℃ un 40 ℃ temperatūrā.Novērtēšanas rezultāti ir parādīti tabulā zemāk.No tabulas var redzēt, ka elektrolīta efektivitāte ar LiTFSI piedevu ir ievērojami augstāka nekā ar VC piedevu pirmo reizi, un riteņbraukšanas veiktspēja pie 20 ℃ ir vēl pārliecinošāka.Elektrolīta ar LiTFSI piedevu jaudas saglabāšanas rādītājs pēc 600 cikliem ir 98,1%, savukārt elektrolīta ar VC piedevu kapacitātes saglabāšanas rādītājs ir tikai 79,6%.Tomēr šī priekšrocība pazūd, kad elektrolīts tiek ciklēts pie 40 ℃, un visiem elektrolītiem ir līdzīga cikla veiktspēja.
No iepriekš minētās analīzes nav grūti saprast, ka litija jonu akumulatora cikla veiktspēju var ievērojami uzlabot, ja litija imīda sāli izmanto kā elektrolīta piedevu.Lai izpētītu tādu piedevu kā LiTFSI darbības mehānismu litija jonu akumulatoros, VARVARA sharova analizēja SEI plēves sastāvu, kas veidojas uz grafīta anoda virsmas dažādos elektrolītos ar XPS palīdzību.Nākamajā attēlā parādīti SEI plēves XPS analīzes rezultāti, kas veidojas uz grafīta anoda virsmas pēc pirmā un 50. cikla.Redzams, ka LIF saturs SEI plēvē, kas veidojas elektrolītā ar LiTFSI piedevu, ir ievērojami augstāks nekā elektrolītā ar VC piedevu.Turpmāka SEI plēves sastāva kvantitatīvā analīze liecina, ka LIF satura secība SEI plēvē ir lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > tukšā grupa pēc pirmā cikla, bet SEI plēve nav nemainīga pēc pirmās uzlādes.Pēc 50 cikliem SEI plēves LIF saturs lifsi un liftfsi elektrolītā samazinājās attiecīgi par 12% un 43%, savukārt ar LiTFSI pievienotā elektrolīta LIF saturs palielinājās par 9%.
Parasti mēs domājam, ka SEI membrānas struktūra ir sadalīta divos slāņos: iekšējais neorganiskais slānis un ārējais organiskais slānis.Neorganiskais slānis galvenokārt sastāv no LIF, Li2CO3 un citiem neorganiskiem komponentiem, kuriem ir labāka elektroķīmiskā veiktspēja un augstāka jonu vadītspēja.Ārējais organiskais slānis galvenokārt sastāv no porainiem elektrolītu sadalīšanās un polimerizācijas produktiem, piemēram, roco2li, PEO un tā tālāk, kam nav spēcīgas elektrolīta aizsardzības, tāpēc mēs ceram, ka SEI membrāna satur vairāk neorganisko komponentu.Imīdu piedevas var pievienot SEI membrānai vairāk neorganisko LIF komponentu, kas padara SEI membrānas struktūru stabilāku, var labāk novērst elektrolītu sadalīšanos akumulatora cikla procesā, samazināt Li patēriņu un būtiski uzlabot akumulatora cikla veiktspēju.
Kā elektrolītu piedevas, īpaši LiTFSI piedevas, litija imīda sāļi var ievērojami uzlabot akumulatora cikla veiktspēju.Tas galvenokārt ir saistīts ar faktu, ka SEI plēvei, kas veidojas uz grafīta anoda virsmas, ir vairāk LIF, plānāka un stabilāka SEI plēve, kas samazina elektrolīta sadalīšanos un samazina saskarnes pretestību.Tomēr no pašreizējiem eksperimentālajiem datiem LiTFSI piedeva ir piemērotāka lietošanai istabas temperatūrā.40 ℃ temperatūrā LiTFSI piedevai nav acīmredzamu priekšrocību salīdzinājumā ar VC piedevu.
Publicēšanas laiks: 15.04.2021