Дереккөз: жаңа энергетикалық көшбасшы, автор
Аннотация: Қазіргі уақытта коммерциялық литий-ионды аккумулятор электролитіндегі литий тұздары негізінен LiPF6 және LiPF6 электролитке тамаша электрохимиялық өнімділік берді, бірақ LiPF6 термиялық және химиялық тұрақтылығы нашар және суға өте сезімтал.
Қазіргі уақытта коммерциялық литий-ионды аккумулятор электролитіндегі литий тұздары негізінен LiPF6 және LiPF6 электролитке тамаша электрохимиялық өнімділік берді.Дегенмен, LiPF6 нашар термиялық және химиялық тұрақтылыққа ие және суға өте сезімтал.H2O аз мөлшерінің әсерінен HF сияқты қышқыл заттар ыдырайды, содан кейін оң материал коррозияға ұшырайды, ал өтпелі металл элементтері ериді, ал теріс электродтың беті SEI пленкасын жою үшін ауысады. , Нәтижелер SEI пленкасының өсуін жалғастыратынын көрсетеді, бұл литий-иондық батареялардың сыйымдылығының үздіксіз төмендеуіне әкеледі.
Бұл проблемаларды жеңу үшін адамдар H2O тұрақтылығы жоғары және жақсы термиялық және химиялық тұрақтылығы бар имидтің литий тұздары, мысалы, LiTFSI, lifsi және liftfsi сияқты литий тұздары шығындар факторларымен және литий тұздарының аниондарымен шектеледі деп үміттенеді. LiTFSI сияқты Al фольгасының коррозиясын шешу мүмкін емес және т.б., LiTFSI литий тұзы іс жүзінде қолданылмаған.Жақында неміс HIU зертханасының ВАРВАРА Шарова электролиттік қоспалар ретінде имидті литий тұздарын қолданудың жаңа әдісін тапты.
Ли-ионды аккумулятордағы графит теріс электродтың төмен потенциалы оның бетінде электролиттің ыдырауына әкеліп, SEI пленкасы деп аталатын пассивация қабатын құрайды.SEI пленкасы электролиттің теріс бетінде ыдырауын болдырмайды, сондықтан SEI пленкасының тұрақтылығы литий-ионды батареялардың цикл тұрақтылығына шешуші әсер етеді.LiTFSI сияқты литий тұздары біраз уақыт коммерциялық электролиттің еріген заты ретінде қолданыла алмаса да, ол қоспалар ретінде қолданылып, өте жақсы нәтижелерге қол жеткізді.VARVARA sharova тәжірибесі электролитке 2 wt% LiTFSI қосу lifepo4/графит батареясының цикл өнімділігін тиімді жақсарта алатынын анықтады: 20 ℃ температурада 600 цикл және сыйымдылықтың төмендеуі 2% -дан аз.Бақылау тобына 2 масса% VC қоспасы бар электролит қосылады.Дәл осындай жағдайларда аккумулятордың сыйымдылығының төмендеуі шамамен 20% жетеді.
Әртүрлі қоспалардың литий-иондық батареялардың жұмысына әсерін тексеру үшін варварвара шарова қоспасыз lp30 (EC: DMC = 1:1) бос тобын және VC, LiTFSI, lifsi және liftfsi бар эксперименталды топты дайындады. тиісінше.Бұл электролиттердің өнімділігі түйме жартылай ұяшық және толық ұяшық арқылы бағаланды.
Жоғарыдағы суретте бос бақылау тобындағы және тәжірибелік топтағы электролиттердің вольтметриялық қисықтары көрсетілген.Тотықсыздандыру процесі кезінде біз EC еріткішінің тотықсыздану ыдырауына сәйкес келетін 0,65в шамасында бос топтың электролитінде айқын ток шыңы пайда болғанын байқадық.Тәжірибе тобының VC қоспасы бар ыдырау ток шыңы жоғары потенциалға ауысты, бұл негізінен VC қоспасының ыдырау кернеуі ЭК-тен жоғары болғандықтан болды, Сондықтан ЭК-ны қорғайтын ыдырау бірінші болды.Дегенмен, LiTFSI, lifsi және littfsi қоспаларымен қосылған электролиттің вольтамметриялық қисықтары бос топтағыдан айтарлықтай ерекшеленбеді, бұл имидтік қоспалардың EC еріткішінің ыдырауын азайта алмайтынын көрсетті.
Жоғарыдағы суретте әртүрлі электролиттердегі графиттік анодтың электрохимиялық өнімділігі көрсетілген.Бірінші заряд пен разрядтың ПӘК-нен бос топтың кулондық тиімділігі 93,3%, LiTFSI, lifsi және liftfsi бар электролиттердің бірінші ПӘК сәйкесінше 93,3%, 93,6% және 93,8% құрайды.Дегенмен, VC қоспасы бар электролиттердің бірінші тиімділігі тек 91,5% құрайды, бұл негізінен графиттің бірінші литий интеркаляциясы кезінде VC графиттік анодтың бетінде ыдырайды және көбірек Li тұтынады.
SEI пленкасының құрамы иондық өткізгіштікке үлкен әсер етеді, содан кейін Li-ионды батареяның жылдамдығына әсер етеді.Жылдамдық өнімділігін сынауда lifsi және liftfsi қоспалары бар электролиттің жоғары ток разрядындағы басқа электролиттерге қарағанда сыйымдылығы біршама төмен екендігі анықталды.C/2 циклдік сынақта имидтік қоспалары бар барлық электролиттердің цикл өнімділігі өте тұрақты, ал VC қоспалары бар электролиттердің сыйымдылығы төмендейді.
Литий-ионды аккумулятордың ұзақ мерзімді цикліндегі электролиттің тұрақтылығын бағалау үшін ВАРВАРА Шарова сонымен қатар түйме ұяшығы бар LiFePO4 / графиттік толық ұяшықты дайындады және 20 ℃ және 40 ℃ температурада әртүрлі қоспалары бар электролиттің цикл өнімділігін бағалады.Бағалау нәтижелері төмендегі кестеде көрсетілген.Кестеден LiTFSI қоспасы бар электролиттің тиімділігі бірінші рет VC қоспасымен салыстырғанда айтарлықтай жоғары екенін және 20 ℃ температурада циклдік өнімділігі одан да күшті екенін көруге болады.LiTFSI қоспасы бар электролиттің сыйымдылығы 600 циклден кейін 98,1% құрайды, ал VC қоспасы бар электролиттің сыйымдылығы тек 79,6% құрайды.Дегенмен, бұл артықшылық электролит 40 ℃ температурада айналдырылған кезде жоғалады және барлық электролиттердің айналу өнімділігі бірдей болады.
Жоғарыда келтірілген талдаудан литий-ионды аккумулятордың цикл өнімділігі литий-имид тұзын электролит қоспасы ретінде пайдаланған кезде айтарлықтай жақсартуға болатынын көру қиын емес.Литий-ионды аккумуляторлардағы LiTFSI сияқты қоспалардың әсер ету механизмін зерттеу үшін VARVARA шарова XPS арқылы әртүрлі электролиттерде графиттік анодтың бетінде пайда болған SEI қабықшасының құрамын талдады.Төмендегі суретте бірінші және 50-ші циклдардан кейін графит анодының бетінде пайда болған SEI пленкасының XPS талдау нәтижелері көрсетілген.LiTFSI қоспасы бар электролитте түзілген SEI қабықшасындағы LIF мазмұны VC қоспасы бар электролитке қарағанда айтарлықтай жоғары екенін көруге болады.SEI пленкасының құрамын әрі қарай сандық талдау SEI пленкасындағы LIF мазмұнының реті бірінші циклден кейін lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > бос топ екенін көрсетеді, бірақ SEI пленкасы бірінші зарядтан кейін өзгермейтін болады.50 циклден кейін lifsi және liftfsi электролитіндегі SEI қабықшасының LIF мазмұны сәйкесінше 12% және 43% төмендеді, ал LiTFSI қосылған электролиттің LIF мазмұны 9% өсті.
Жалпы, SEI мембранасының құрылымы екі қабатқа бөлінеді деп ойлаймыз: ішкі бейорганикалық қабат және сыртқы органикалық қабат.Бейорганикалық қабат негізінен LIF, Li2CO3 және басқа да бейорганикалық компоненттерден тұрады, олардың электрохимиялық көрсеткіштері жақсы және иондық өткізгіштігі жоғары.Сыртқы органикалық қабат негізінен электролит үшін күшті қорғанысы жоқ roco2li, PEO және т.б. сияқты кеуекті электролиттердің ыдырауы және полимерленуі өнімдерінен тұрады, сондықтан SEI мембранасында бейорганикалық компоненттер көбірек болады деп үміттенеміз.Имидтік қоспалар SEI мембранасына көбірек бейорганикалық LIF компоненттерін әкеле алады, бұл SEI мембранасының құрылымын тұрақты етеді, батарея циклі процесінде электролиттердің ыдырауын жақсы болдырмайды, Li тұтынылуын азайтады және батареяның цикл өнімділігін айтарлықтай жақсартады.
Электролиттік қоспалар, әсіресе LiTFSI қоспалары ретінде имидті литий тұздары батареяның цикл өнімділігін айтарлықтай жақсарта алады.Бұл негізінен графиттік анодтың бетінде пайда болған SEI пленкасының LIF көп, жұқа және тұрақты SEI қабықшасының болуымен түсіндіріледі, бұл электролиттің ыдырауын азайтады және интерфейс кедергісін төмендетеді.Дегенмен, қазіргі тәжірибелік деректерге сәйкес, LiTFSI қоспасы бөлме температурасында қолдануға қолайлы.40 ℃ температурада LiTFSI қоспасының VC қоспасынан ешқандай артықшылығы жоқ.
Жіберу уақыты: 15 сәуір 2021 ж