Fonte: New Energy Leader, por
Resumo: na actualidade, os sales de litio dos electrólitos comerciais da batería de iones de litio son principalmente LiPF6 e LiPF6 deron ao electrólito un excelente rendemento electroquímico, pero o LiPF6 ten unha estabilidade térmica e química deficiente e é moi sensible á auga.
Na actualidade, os sales de litio no electrólito comercial de baterías de iones de litio son principalmente LiPF6 e LiPF6 deron ao electrólito un excelente rendemento electroquímico.Non obstante, o LiPF6 ten unha escasa estabilidade térmica e química, e é moi sensible á auga.Baixo a acción dunha pequena cantidade de H2O, descompoñeranse substancias ácidas como o HF, e entón o material positivo será corroído e os elementos de metal de transición disolveranse e a superficie do electrodo negativo migrarase para destruír a película SEI. , Os resultados mostran que a película SEI segue crecendo, o que leva ao continuo descenso da capacidade das baterías de ión-litio.
Para superar estes problemas, a xente esperaba que as sales de litio da imida con H2O máis estable e unha mellor estabilidade térmica e química, como as sales de litio como LiTFSI, lifsi e liftfsi, estean limitadas polos factores de custo e os anións das sales de litio. como LiTFSI non se pode resolver para a corrosión da folla de Al, etc., o sal de litio LiTFSI non se aplicou na práctica.Recentemente, VARVARA Sharova do laboratorio alemán HIU atopou un novo xeito de aplicar sales de litio imida como aditivos electrolíticos.
O baixo potencial do electrodo negativo de grafito na batería de ión-litio levará á descomposición do electrólito na súa superficie, formando unha capa de pasivación, que se chama película SEI.A película SEI pode evitar a descomposición do electrólito na superficie negativa, polo que a estabilidade da película SEI ten unha influencia crucial na estabilidade do ciclo das baterías de ión-litio.Aínda que as sales de litio como o LiTFSI non se poden usar como soluto de electrólitos comerciais durante un tempo, utilizouse como aditivos e obtivo moi bos resultados.O experimento VARVARA Sharova descubriu que engadir un 2% en peso de LiTFSI ao electrólito pode mellorar de forma efectiva o rendemento do ciclo da batería lifepo4/grafito: 600 ciclos a 20 ℃ e a diminución da capacidade é inferior ao 2%.No grupo control, engádese o electrólito cun aditivo 2% en peso de VC.Nas mesmas condicións, o descenso da capacidade da batería alcanza un 20%.
Para verificar o efecto de diferentes aditivos no rendemento das baterías de ión-litio, varvarvara Sharova preparou o grupo en branco lp30 (EC: DMC = 1:1) sen aditivos e o grupo experimental con VC, LiTFSI, lifsi e liftfsi. respectivamente.O rendemento destes electrólitos foi avaliado por media célula botón e célula completa.
A figura anterior mostra as curvas voltamétricas dos electrólitos do grupo control en branco e do grupo experimental.Durante o proceso de redución, observamos que apareceu un pico de corrente obvio no electrólito do grupo en branco a uns 0,65 v, correspondente á descomposición de redución do disolvente EC.O pico de corrente de descomposición do grupo experimental con aditivo VC cambiou ao alto potencial, o que se debe principalmente a que a tensión de descomposición do aditivo VC era maior que a de EC. Polo tanto, a descomposición ocorreu primeiro, o que protexeu a EC.Non obstante, as curvas voltamétricas do electrólito engadido con aditivos LiTFSI, lifsi e littfsi non foron significativamente diferentes das do grupo en branco, o que indicaba que os aditivos de imida non podían reducir a descomposición do disolvente EC.
A figura anterior mostra o rendemento electroquímico do ánodo de grafito en diferentes electrólitos.A partir da eficiencia da primeira carga e descarga, a eficiencia de coulomb do grupo en branco é do 93,3%, a primeira eficiencia dos electrólitos con LiTFSI, lifsi e liftfsi é do 93,3%, 93,6% e 93,8%, respectivamente.Non obstante, a primeira eficiencia dos electrólitos con aditivo VC é só do 91,5%, o que se debe principalmente a que durante a primeira intercalación de litio do grafito, o VC descompónse na superficie do ánodo de grafito e consome máis Li.
A composición da película SEI terá unha gran influencia na condutividade iónica e, a continuación, afectará o rendemento da velocidade da batería de iones de litio.Na proba de rendemento da taxa, comprobouse que o electrólito con aditivos lifsi e liftfsi ten unha capacidade lixeiramente menor que outros electrólitos en descarga de alta corrente.Na proba de ciclo C/2, o rendemento do ciclo de todos os electrólitos con aditivos de imida é moi estable, mentres que a capacidade dos electrólitos con aditivos VC diminúe.
Para avaliar a estabilidade do electrólito no ciclo a longo prazo da batería de ión-litio, VARVARA Sharova tamén preparou unha pila completa de LiFePO4 / grafito con pila botón e avaliou o rendemento do ciclo do electrólito con diferentes aditivos a 20 ℃ e 40 ℃.Os resultados da avaliación móstranse na seguinte táboa.Pódese ver na táboa que a eficiencia do electrólito con aditivo LiTFSI é significativamente maior que a do aditivo VC por primeira vez, e o rendemento do ciclo a 20 ℃ é aínda máis abrumador.A taxa de retención de capacidade do electrólito con aditivo LiTFSI é do 98,1% despois de 600 ciclos, mentres que a taxa de retención de capacidade do electrólito con aditivo VC é só do 79,6%.Non obstante, esta vantaxe desaparece cando o electrólito se fai un ciclo a 40 ℃ e todos os electrólitos teñen un rendemento de ciclo similar.
A partir da análise anterior, non é difícil ver que o rendemento do ciclo da batería de ión-litio pode mellorarse significativamente cando se usa sal de imida de litio como aditivo de electrólitos.Para estudar o mecanismo de acción de aditivos como o LiTFSI en baterías de ión-litio, VARVARA Sharova analizou a composición da película SEI formada na superficie do ánodo de grafito en diferentes electrólitos por XPS.A seguinte figura mostra os resultados da análise XPS da película SEI formada na superficie do ánodo de grafito despois do primeiro e do ciclo 50.Pódese ver que o contido de LIF na película SEI formada no electrólito con aditivo LiTFSI é significativamente maior que no electrólito con aditivo VC.Unha análise cuantitativa adicional da composición da película SEI mostra que a orde do contido LIF na película SEI é lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > grupo en branco despois do primeiro ciclo, pero a película SEI non é invariable despois da primeira carga.Despois de 50 ciclos, o contido LIF da película SEI no electrólito lifsi e liftfsi diminuíu un 12% e un 43%, respectivamente, mentres que o contido LIF de electrólito engadido con LiTFSI aumentou un 9%.
Polo xeral, pensamos que a estrutura da membrana SEI está dividida en dúas capas: a capa inorgánica interna e a capa orgánica externa.A capa inorgánica está composta principalmente por LIF, Li2CO3 e outros compoñentes inorgánicos, que teñen un mellor rendemento electroquímico e unha maior condutividade iónica.A capa orgánica externa está composta principalmente por produtos de descomposición e polimerización de electrólitos porosos, como roco2li, PEO, etc., que non teñen unha forte protección para o electrólito. Polo tanto, esperamos que a membrana SEI conteña máis compoñentes inorgánicos.Os aditivos de imida poden achegar máis compoñentes LIF inorgánicos á membrana SEI, o que fai que a estrutura da membrana SEI sexa máis estable, pode previr mellor a descomposición dos electrólitos no proceso do ciclo da batería, reducir o consumo de Li e mellorar significativamente o rendemento do ciclo da batería.
Como aditivos electrolíticos, especialmente aditivos LiTFSI, as sales de litio de imida poden mellorar significativamente o rendemento do ciclo da batería.Isto débese principalmente ao feito de que a película SEI formada na superficie do ánodo de grafito ten máis LIF, película SEI máis fina e máis estable, o que reduce a descomposición do electrólito e reduce a resistencia da interface.Non obstante, a partir dos datos experimentais actuais, o aditivo LiTFSI é máis axeitado para o seu uso a temperatura ambiente.A 40 ℃, o aditivo LiTFSI non ten vantaxe evidente sobre o aditivo VC.
Hora de publicación: 15-Abr-2021