ที่มา: ผู้นำพลังงานใหม่ โดย
บทคัดย่อ: ในปัจจุบัน เกลือลิเธียมในอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่เป็น LiPF6 และ LiPF6 ทำให้อิเล็กโทรไลต์มีประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม แต่ LiPF6 มีความเสถียรทางความร้อนและเคมีต่ำ และมีความไวต่อน้ำมาก
ในปัจจุบัน เกลือลิเธียมในอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่เป็น LiPF6 และ LiPF6 ทำให้อิเล็กโทรไลต์มีประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมอย่างไรก็ตาม LiPF6 มีความเสถียรทางความร้อนและเคมีต่ำ และมีความไวต่อน้ำมากภายใต้การกระทำของ H2O จำนวนเล็กน้อย สารที่เป็นกรด เช่น HF จะถูกสลายตัว จากนั้นวัสดุที่เป็นบวกจะถูกกัดกร่อน และองค์ประกอบโลหะทรานซิชันจะละลาย และพื้นผิวของขั้วลบจะถูกโยกย้ายไปทำลายฟิล์ม SEI ผลปรากฏว่าฟิล์ม SEI เติบโตอย่างต่อเนื่อง ซึ่งส่งผลให้ความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนลดลงอย่างต่อเนื่อง
เพื่อที่จะเอาชนะปัญหาเหล่านี้ ผู้คนต่างหวังว่าเกลือลิเธียมของ imide ที่มี H2O ที่เสถียรกว่าและเสถียรภาพทางความร้อนและเคมีที่ดีกว่า เช่น เกลือลิเธียม เช่น LiTFSI, lifsi และ liftfsi จะถูกจำกัดด้วยปัจจัยด้านต้นทุนและประจุลบของเกลือลิเธียม เช่น LiTFSI ไม่สามารถแก้ไขได้สำหรับการกัดกร่อนของ Al ฟอยล์ ฯลฯ เกลือลิเธียม LiTFSI ไม่ได้ถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติเมื่อเร็ว ๆ นี้ VARVARA sharova จากห้องปฏิบัติการ HIU ของเยอรมันได้ค้นพบวิธีการใหม่สำหรับการใช้เกลือลิเธียมของ imide เป็นสารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์
ขั้วลบกราไฟต์ที่มีศักยภาพต่ำในแบตเตอรี่ Li-ion จะนำไปสู่การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์บนพื้นผิวของมัน เกิดเป็นชั้นทู่ซึ่งเรียกว่าฟิล์ม SEIฟิล์ม SEI สามารถป้องกันการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์บนพื้นผิวด้านลบ ดังนั้นความเสถียรของฟิล์ม SEI จึงมีอิทธิพลอย่างมากต่อความเสถียรของวัฏจักรของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแม้ว่าเกลือลิเธียมเช่น LiTFSI จะไม่สามารถใช้เป็นตัวละลายของอิเล็กโทรไลต์เชิงพาณิชย์ได้ระยะหนึ่ง แต่ก็ถูกใช้เป็นสารเติมแต่งและได้ผลลัพธ์ที่ดีมากการทดลองของ VARVARA sharova พบว่าการเติม LiTFSI 2wt% ในอิเล็กโทรไลต์สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพวงจรของแบตเตอรี่ lifepo4/ แกรไฟต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ: 600 รอบที่ 20 ℃ และการลดลงของความจุน้อยกว่า 2%ในกลุ่มควบคุม มีการเติมอิเล็กโทรไลต์ที่มีสารเติมแต่ง VC 2wt%ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน การลดลงของความจุของแบตเตอรี่ถึงประมาณ 20%
ในการตรวจสอบผลของสารเติมแต่งต่างๆ ที่มีต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน กลุ่มเปล่า lp30 (EC: DMC = 1:1) ที่ไม่มีสารเติมแต่ง และกลุ่มทดลองที่มี VC, LiTFSI, lifsi และ liftfsi ถูกเตรียมโดย varvarvara sharova ตามลำดับประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลต์เหล่านี้ได้รับการประเมินโดยเซลล์ครึ่งปุ่มและเต็มเซลล์
รูปด้านบนแสดงเส้นโค้งโวลแทมเมตริกของอิเล็กโทรไลต์ของกลุ่มควบคุมเปล่าและกลุ่มทดลองในระหว่างกระบวนการรีดักชัน เราสังเกตว่าค่าพีคปัจจุบันที่ชัดเจนปรากฏในอิเล็กโทรไลต์ของกลุ่มว่างที่ประมาณ 0.65v ซึ่งสอดคล้องกับการสลายตัวแบบรีดักชันของตัวทำละลาย ECจุดสูงสุดของกระแสการสลายตัวของกลุ่มทดลองที่มีสารเติมแต่ง VC เปลี่ยนเป็นศักยภาพสูง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเพราะแรงดันการสลายตัวของสารเติมแต่ง VC สูงกว่าของ EC ดังนั้น การสลายตัวจึงเกิดขึ้นก่อน ซึ่งป้องกัน ECอย่างไรก็ตาม เส้นโค้งโวลแทมเมตริกของอิเล็กโทรไลต์ที่เติมด้วยสารเติมแต่ง LiTFSI, ลิฟซี และลิฟซี ไม่แตกต่างจากกลุ่มเปล่าอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งบ่งชี้ว่าสารเติมแต่งอิไมด์ไม่สามารถลดการสลายตัวของตัวทำละลาย EC
รูปด้านบนแสดงประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของแกรไฟต์แอโนดในอิเล็กโทรไลต์ต่างๆจากประสิทธิภาพของการประจุและการคายประจุครั้งแรก ประสิทธิภาพคูลอมบ์ของกลุ่มเปล่าคือ 93.3% ประสิทธิภาพแรกของอิเล็กโทรไลต์ที่มี LiTFSI ลิฟซี และลิฟซีคือ 93.3% 93.6% และ 93.8% ตามลำดับอย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพครั้งแรกของอิเล็กโทรไลต์ที่มีสารเติมแต่ง VC อยู่ที่ 91.5% เท่านั้น ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเพราะระหว่างการแทรกระหว่างลิเธียมครั้งแรกของกราไฟต์ VC จะสลายตัวบนพื้นผิวของกราไฟต์แอโนดและใช้ Li มากขึ้น
องค์ประกอบของฟิล์ม SEI จะมีอิทธิพลอย่างมากต่อการนำไอออนิก และจากนั้นจะส่งผลต่อประสิทธิภาพอัตราของแบตเตอรี่ Li ionในการทดสอบประสิทธิภาพอัตรา พบว่าอิเล็กโทรไลต์ที่มีสารเติมแต่งของลิฟซีและลิฟซีมีความจุต่ำกว่าอิเล็กโทรไลต์อื่นๆ เล็กน้อยในการคายประจุสูงในปัจจุบันในการทดสอบรอบ C / 2 ประสิทธิภาพของวงจรของอิเล็กโทรไลต์ทั้งหมดที่มีสารเติมแต่ง imide นั้นเสถียรมาก ในขณะที่ความจุของอิเล็กโทรไลต์ที่มีสารเติมแต่ง VC จะลดลง
เพื่อประเมินความเสถียรของอิเล็กโทรไลต์ในวงจรระยะยาวของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน VARVARA sharova ยังได้เตรียมเซลล์เต็ม LiFePO4 / กราไฟต์ด้วยเซลล์ปุ่ม และประเมินประสิทธิภาพวงจรของอิเล็กโทรไลต์ด้วยสารเติมแต่งต่างๆ ที่อุณหภูมิ 20 ℃ และ 40 ℃ผลการประเมินแสดงไว้ในตารางด้านล่างจากตารางจะเห็นได้ว่าประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลต์ที่มีสารเติมแต่ง LiTFSI นั้นสูงกว่าที่ใช้สารเติมแต่ง VC เป็นครั้งแรกอย่างมาก และประสิทธิภาพการหมุนเวียนที่ 20 ℃นั้นท่วมท้นยิ่งกว่าอัตราการรักษาความจุของอิเล็กโทรไลต์ที่มีสารเติมแต่ง LiTFSI คือ 98.1% หลังจาก 600 รอบ ในขณะที่อัตราการรักษาความจุของอิเล็กโทรไลต์ที่มีสารเติมแต่ง VC อยู่ที่ 79.6% เท่านั้นอย่างไรก็ตาม ข้อได้เปรียบนี้จะหายไปเมื่ออิเล็กโทรไลต์ถูกหมุนเวียนที่อุณหภูมิ 40 ℃ และอิเล็กโทรไลต์ทั้งหมดมีประสิทธิภาพการหมุนเวียนที่คล้ายคลึงกัน
จากการวิเคราะห์ข้างต้น ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเห็นว่าประสิทธิภาพวงจรของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถปรับปรุงได้อย่างมากเมื่อใช้เกลือลิเธียมอิไมด์เป็นสารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์เพื่อศึกษากลไกการออกฤทธิ์ของสารเติมแต่ง เช่น LiTFSI ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน VARVARA sharova ได้วิเคราะห์องค์ประกอบของฟิล์ม SEI ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของแกรไฟต์แอโนดในอิเล็กโทรไลต์ต่างๆ ด้วย XPSรูปต่อไปนี้แสดงผลการวิเคราะห์ XPS ของฟิล์ม SEI ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของแกรไฟต์แอโนดหลังจากรอบแรกและรอบที่ 50จะเห็นได้ว่าปริมาณ LIF ในฟิล์ม SEI ที่เกิดขึ้นในอิเล็กโทรไลต์ที่มีสารเติมแต่ง LiTFSI นั้นสูงกว่าในอิเล็กโทรไลต์ที่มีสารเติมแต่ง VC อย่างมีนัยสำคัญการวิเคราะห์เชิงปริมาณเพิ่มเติมเกี่ยวกับองค์ประกอบของภาพยนตร์ SEI แสดงให้เห็นว่าลำดับของเนื้อหา LIF ในภาพยนตร์ SEI คือ lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > กลุ่มเปล่าหลังจากรอบแรก แต่ฟิล์ม SEI จะไม่คงที่หลังจากการชาร์จครั้งแรกหลังจากผ่านไป 50 รอบ ปริมาณ LIF ของฟิล์ม SEI ในอิเล็กโทรไลต์แบบ Lifsi และ Liftfsi ลดลง 12% และ 43% ตามลำดับ ในขณะที่ปริมาณ LIF ของอิเล็กโทรไลต์ที่เติมด้วย LiTFSI เพิ่มขึ้น 9%
โดยทั่วไป เราคิดว่าโครงสร้างของเมมเบรน SEI แบ่งออกเป็น 2 ชั้น: ชั้นอนินทรีย์ภายในและชั้นอินทรีย์ภายนอกชั้นอนินทรีย์ส่วนใหญ่ประกอบด้วย LIF, Li2CO3 และส่วนประกอบอนินทรีย์อื่นๆ ซึ่งมีประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ดีกว่าและมีค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกสูงกว่าชั้นอินทรีย์ภายนอกส่วนใหญ่ประกอบด้วยการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ที่มีรูพรุนและผลิตภัณฑ์โพลีเมอไรเซชัน เช่น roco2li, PEO และอื่นๆ ซึ่งไม่มีการป้องกันที่แข็งแกร่งสำหรับอิเล็กโทรไลต์ ดังนั้น เราหวังว่าเมมเบรน SEI จะมีส่วนประกอบอนินทรีย์มากขึ้นสารเติมแต่ง Imide สามารถนำส่วนประกอบ LIF อนินทรีย์มาสู่เมมเบรน SEI ได้มากขึ้น ซึ่งทำให้โครงสร้างของเมมเบรน SEI มีเสถียรภาพมากขึ้น สามารถป้องกันการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ในกระบวนการวงจรแบตเตอรี่ได้ดีขึ้น ลดการใช้ Li และปรับปรุงประสิทธิภาพวงจรของแบตเตอรี่อย่างมีนัยสำคัญ
ในฐานะที่เป็นสารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารเติมแต่ง LiTFSI เกลือลิเธียมของ imide สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพวงจรของแบตเตอรี่ได้อย่างมากสาเหตุหลักมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าฟิล์ม SEI ที่ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของแกรไฟต์แอโนดมี LIF มากขึ้น ฟิล์ม SEI ที่บางลงและมีความเสถียรมากขึ้น ซึ่งช่วยลดการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์และลดความต้านทานของส่วนต่อประสานอย่างไรก็ตาม จากข้อมูลการทดลองในปัจจุบัน สารเติมแต่ง LiTFSI นั้นเหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิห้องมากกว่าที่ 40 ℃ สารเติมแต่ง LiTFSI ไม่มีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนเหนือสารเติมแต่ง VC
เวลาโพสต์: เมษายน-15-2021