Font: New Energy Leader, per
Resum: actualment, les sals de liti de l'electròlit comercial de la bateria d'ions de liti són principalment LiPF6 i LiPF6 han donat a l'electròlit un excel·lent rendiment electroquímic, però LiPF6 té una estabilitat tèrmica i química deficient i és molt sensible a l'aigua.
Actualment, les sals de liti de l'electròlit comercial de la bateria d'ions de liti són principalment LiPF6 i LiPF6 han donat a l'electròlit un excel·lent rendiment electroquímic.No obstant això, el LiPF6 té una estabilitat tèrmica i química deficient i és molt sensible a l'aigua.Sota l'acció d'una petita quantitat d'H2O, es descompondran substàncies àcides com l'HF i, a continuació, el material positiu es corroirà i els elements de metall de transició es dissoldran i la superfície de l'elèctrode negatiu es migrarà per destruir la pel·lícula SEI. , Els resultats mostren que la pel·lícula SEI continua creixent, la qual cosa comporta la disminució contínua de la capacitat de les bateries d'ions de liti.
Per tal de superar aquests problemes, la gent ha esperat que les sals de liti de la imida amb H2O més estable i una millor estabilitat tèrmica i química, com ara sals de liti com LiTFSI, lifsi i liftfsi, estiguin limitades pels factors de cost i els anions de les sals de liti. com ara LiTFSI no es pot resoldre per corrosió de la làmina d'Al, etc., la sal de liti LiTFSI no s'ha aplicat a la pràctica.Recentment, VARVARA Sharova del laboratori alemany HIU ha trobat una nova forma d'aplicació de sals de liti imida com a additius electròlits.
El baix potencial de l'elèctrode negatiu de grafit a la bateria d'ions de liti provocarà la descomposició de l'electròlit a la seva superfície, formant una capa de passivació, que s'anomena pel·lícula SEI.La pel·lícula SEI pot evitar que l'electròlit es descomposi a la superfície negativa, de manera que l'estabilitat de la pel·lícula SEI té una influència crucial en l'estabilitat del cicle de les bateries d'ió de liti.Encara que les sals de liti com el LiTFSI no es poden utilitzar com a solut d'electròlit comercial durant un temps, s'ha utilitzat com a additius i ha aconseguit molt bons resultats.L'experiment VARVARA Sharova va trobar que afegir un 2% en pes de LiTFSI a l'electròlit pot millorar eficaçment el rendiment del cicle de la bateria lifepo4/grafit: 600 cicles a 20 ℃ i la disminució de la capacitat és inferior al 2%.Al grup control, s'afegeix l'electròlit amb un additiu de VC al 2% en pes.En les mateixes condicions, la disminució de la capacitat de la bateria arriba al voltant del 20%.
Per verificar l'efecte de diferents additius sobre el rendiment de les bateries d'ions de liti, varvarvara sharova va preparar el grup en blanc lp30 (EC: DMC = 1:1) sense additius i el grup experimental amb VC, LiTFSI, lifsi i liftfsi. respectivament.El rendiment d'aquests electròlits es va avaluar mitjançant mitja cel·la botó i cel·la completa.
La figura anterior mostra les corbes voltamètriques dels electròlits del grup control en blanc i del grup experimental.Durant el procés de reducció, vam notar que va aparèixer un pic de corrent evident a l'electròlit del grup en blanc a uns 0,65 v, corresponent a la descomposició de reducció del dissolvent EC.El pic de corrent de descomposició del grup experimental amb additiu VC es va desplaçar a l'alt potencial, principalment perquè la tensió de descomposició de l'additiu VC era superior a la d'EC, per tant, la descomposició es va produir primer, cosa que va protegir EC.Tanmateix, les corbes voltamètriques de l'electròlit afegit amb additius LiTFSI, lifsi i littfsi no eren significativament diferents de les del grup en blanc, cosa que indicava que els additius d'imida no podien reduir la descomposició del dissolvent EC.
La figura anterior mostra el rendiment electroquímic de l'ànode de grafit en diferents electròlits.A partir de l'eficiència de la primera càrrega i descàrrega, l'eficiència de coulomb del grup en blanc és del 93,3%, la primera eficiència dels electròlits amb LiTFSI, lifsi i liftfsi és del 93,3%, 93,6% i 93,8%, respectivament.Tanmateix, la primera eficiència dels electròlits amb additiu VC és només del 91,5%, principalment perquè durant la primera intercalació de liti del grafit, el VC es descompon a la superfície de l'ànode de grafit i consumeix més Li.
La composició de la pel·lícula SEI tindrà una gran influència en la conductivitat iònica i, a continuació, afectarà el rendiment de la velocitat de la bateria d'ions Li.En la prova de rendiment de velocitat, es troba que l'electròlit amb additius lifsi i liftfsi té una capacitat lleugerament inferior que altres electròlits en descàrrega d'alta corrent.En la prova de cicle C/2, el rendiment del cicle de tots els electròlits amb additius imida és molt estable, mentre que la capacitat dels electròlits amb additius VC disminueix.
Per avaluar l'estabilitat de l'electròlit en el cicle a llarg termini de la bateria d'ions de liti, VARVARA Sharova també va preparar una pila completa de LiFePO4 / grafit amb pila de botó i va avaluar el rendiment del cicle de l'electròlit amb diferents additius a 20 ℃ i 40 ℃.Els resultats de l'avaluació es mostren a la taula següent.Es pot veure a la taula que l'eficiència de l'electròlit amb additiu LiTFSI és significativament superior a la de l'additiu VC per primera vegada, i el rendiment del cicle a 20 ℃ és encara més aclaparador.La taxa de retenció de capacitat de l'electròlit amb additiu LiTFSI és del 98,1% després de 600 cicles, mentre que la taxa de retenció de capacitat de l'electròlit amb additiu VC és només del 79,6%.Tanmateix, aquest avantatge desapareix quan l'electròlit es cicla a 40 ℃ i tots els electròlits tenen un rendiment de cicle similar.
A partir de l'anàlisi anterior, no és difícil veure que el rendiment del cicle de la bateria d'ions de liti es pot millorar significativament quan s'utilitza la sal d'imida de liti com a additiu d'electròlit.Per tal d'estudiar el mecanisme d'acció d'additius com el LiTFSI en bateries d'ions de liti, VARVARA Sharova va analitzar la composició de la pel·lícula SEI formada a la superfície de l'ànode de grafit en diferents electròlits per XPS.La figura següent mostra els resultats de l'anàlisi XPS de la pel·lícula SEI formada a la superfície de l'ànode de grafit després del primer i el 50è cicle.Es pot veure que el contingut de LIF a la pel·lícula SEI formada a l'electròlit amb additiu LiTFSI és significativament superior al de l'electròlit amb additiu VC.Una anàlisi quantitativa addicional de la composició de la pel·lícula SEI mostra que l'ordre del contingut LIF a la pel·lícula SEI és lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > grup en blanc després del primer cicle, però la pel·lícula SEI no és invariable després de la primera càrrega.Després de 50 cicles, el contingut LIF de la pel·lícula SEI a l'electròlit lifsi i liftfsi va disminuir un 12% i un 43%, respectivament, mentre que el contingut LIF d'electròlit afegit amb LiTFSI va augmentar un 9%.
En general, pensem que l'estructura de la membrana SEI es divideix en dues capes: la capa inorgànica interna i la capa orgànica externa.La capa inorgànica es compon principalment de LIF, Li2CO3 i altres components inorgànics, que tenen un millor rendiment electroquímic i una major conductivitat iònica.La capa orgànica exterior es compon principalment de productes de descomposició i polimerització d'electròlits porosos, com ara roco2li, PEO, etc., que no té una protecció forta per a l'electròlit, per tant, esperem que la membrana SEI contingui més components inorgànics.Els additius d'imida poden aportar més components LIF inorgànics a la membrana SEI, cosa que fa que l'estructura de la membrana SEI sigui més estable, poden prevenir millor la descomposició d'electròlits en el procés del cicle de la bateria, reduir el consum de Li i millorar significativament el rendiment del cicle de la bateria.
Com a additius electròlits, especialment additius LiTFSI, les sals de liti imida poden millorar significativament el rendiment del cicle de la bateria.Això es deu principalment al fet que la pel·lícula SEI formada a la superfície de l'ànode de grafit té una pel·lícula SEI més LIF, més fina i més estable, que redueix la descomposició de l'electròlit i redueix la resistència de la interfície.Tanmateix, a partir de les dades experimentals actuals, l'additiu LiTFSI és més adequat per utilitzar-lo a temperatura ambient.A 40 ℃, l'additiu LiTFSI no té cap avantatge evident sobre l'additiu VC.
Hora de publicació: 15-abril-2021