Allikas: uus energiajuht, poolt
Kokkuvõte: praegu on kaubanduslikus liitiumioonaku elektrolüüdis olevad liitiumisoolad peamiselt LiPF6 ja LiPF6, mis on andnud elektrolüüdile suurepärase elektrokeemilise jõudluse, kuid LiPF6 on halva termilise ja keemilise stabiilsusega ning väga tundlik vee suhtes.
Praegu on kaubanduslikus liitiumioonaku elektrolüüdis olevad liitiumisoolad peamiselt LiPF6 ja LiPF6 on andnud elektrolüüdile suurepärase elektrokeemilise jõudluse.LiPF6-l on aga halb termiline ja keemiline stabiilsus ning see on vee suhtes väga tundlik.Väikese koguse H2O toimel lagunevad happelised ained, nagu HF, ja seejärel korrodeerub positiivne materjal ning siirdemetalli elemendid lahustuvad ning negatiivse elektroodi pind migreerub SEI kile hävitamiseks. Tulemused näitavad, et SEI kile kasvab jätkuvalt, mis toob kaasa liitiumioonakude mahu pideva languse.
Nendest probleemidest ülesaamiseks on inimesed lootnud, et stabiilsema H2O ja parema termilise ja keemilise stabiilsusega imiidi liitiumsoolasid, nagu liitiumisoolad, nagu LiTFSI, lifsi ja liftfsi, piiravad kulutegurid ja liitiumisoolade anioonid. näiteks LiTFSI-d ei saa lahendada Al-fooliumi korrosiooni vms korral, LiTFSI liitiumisoola pole praktikas kasutatud.Hiljuti on Saksa HIU laboris asuv VARVARA sharova leidnud uue viisi liitiumiimiidsoolade kasutamiseks elektrolüütide lisandina.
Grafiitnegatiivse elektroodi madal potentsiaal liitiumioonakus põhjustab elektrolüüdi lagunemise selle pinnal, moodustades passivatsioonikihi, mida nimetatakse SEI-kileks.SEI-kile võib takistada elektrolüüdi lagunemist negatiivsel pinnal, seega on SEI-kile stabiilsusel oluline mõju liitiumioonakude tsükli stabiilsusele.Kuigi liitiumisoolasid nagu LiTFSI ei saa mõnda aega kasutada kaubandusliku elektrolüüdi lahustina, on seda kasutatud lisandina ja see on saavutanud väga häid tulemusi.VARVARA Sharova katses leiti, et 2 massiprotsenti LiTFSI lisamine elektrolüüti võib tõhusalt parandada lifepo4/grafiitaku tsükli jõudlust: 600 tsüklit 20 ℃ juures ja mahu vähenemine on alla 2%.Kontrollrühmas lisatakse elektrolüüt 2 massiprotsendilise VC lisandiga.Samadel tingimustel ulatub aku mahu langus umbes 20% -ni.
Et kontrollida erinevate lisandite mõju liitium-ioonakude jõudlusele, valmistas varvarvara sharova tühja rühma lp30 (EC: DMC = 1:1) ilma lisanditeta ning katserühma VC, LiTFSI, lifsi ja liftfsi. vastavalt.Nende elektrolüütide jõudlust hinnati nupu poolelemendi ja täiselemendi järgi.
Ülaltoodud joonisel on kujutatud tühja kontrollrühma ja katserühma elektrolüütide voltamperomeetrilised kõverad.Redutseerimisprotsessi käigus märkasime, et tühirühma elektrolüüdis ilmnes ilmne voolupiik umbes 0, 65 V juures, mis vastab EC lahusti redutseerivale lagunemisele.VC lisandiga katserühma lagunemisvoolu tipp nihkus kõrgele potentsiaalile, mis tulenes peamiselt sellest, et VC lisandi lagunemispinge oli kõrgem kui EC-l, Seetõttu toimus kõigepealt lagunemine, mis kaitses EC-d.LiTFSI, lifsi ja littfsi lisanditega lisatud elektrolüüdi voltamperomeetrilised kõverad ei erinenud aga oluliselt tühja rühma omadest, mis näitasid, et imiidilisandid ei suutnud vähendada EC lahusti lagunemist.
Ülaltoodud joonis näitab grafiitanoodi elektrokeemilist jõudlust erinevates elektrolüütides.Esimese laadimise ja tühjenemise efektiivsuse põhjal on tühja rühma kulonide efektiivsus 93,3%, LiTFSI, lifsi ja liftfsi elektrolüütide esimene kasutegur on vastavalt 93,3%, 93,6% ja 93,8%.VC lisandiga elektrolüütide esimene efektiivsus on aga vaid 91,5%, mis tuleneb peamiselt sellest, et grafiidi esimese liitiumi interkalatsiooni käigus laguneb VC grafiidianoodi pinnal ja tarbib rohkem Li.
SEI-kile koostisel on suur mõju ioonjuhtivusele ja seejärel liitiumioonaku kiiruse jõudlusele.Kiiruse jõudluse testis leiti, et lifsi ja liftfsi lisanditega elektrolüüdil on veidi väiksem võimsus kui teistel suure voolulahendusega elektrolüüdidel.C / 2 tsükli testis on kõigi imiidilisanditega elektrolüütide tsükli jõudlus väga stabiilne, samas kui VC lisanditega elektrolüütide võimsus väheneb.
Elektrolüüdi stabiilsuse hindamiseks liitium-ioonaku pikaajalises tsüklis valmistas VARVARA sharova ka nööpelemendiga LiFePO4 / grafiidist täiselemendi ning hindas elektrolüüdi tsükli toimivust erinevate lisanditega 20 ℃ ja 40 ℃ juures.Hindamistulemused on toodud allolevas tabelis.Tabelist on näha, et LiTFSI lisandiga elektrolüüdi efektiivsus on esmakordsel VC lisandiga võrreldes oluliselt kõrgem ja 20 ℃ juures on rattasõidu jõudlus veelgi ülekaalukam.LiTFSI lisandiga elektrolüüdi mahutavuse säilivusmäär on pärast 600 tsüklit 98,1%, samas kui VC lisandiga elektrolüüdi mahutavuse säilivusmäär on vaid 79,6%.Kuid see eelis kaob, kui elektrolüüti töödeldakse temperatuuril 40 ℃ ja kõigil elektrolüütidel on sarnane tsükliline jõudlus.
Ülaltoodud analüüsi põhjal ei ole raske näha, et liitiumioonaku tsükli jõudlust saab märkimisväärselt parandada, kui liitium-imiidsoola kasutatakse elektrolüüdi lisandina.Lisandite, nagu LiTFSI, toimemehhanismi uurimiseks liitiumioonakudes analüüsis VARVARA sharova XPS-i abil erinevates elektrolüütides grafiitanoodi pinnale moodustunud SEI-kile koostist.Järgmisel joonisel on näidatud grafiitanoodi pinnale moodustunud SEI kile XPS analüüsi tulemused pärast esimest ja 50. tsüklit.On näha, et LiTFSI lisandiga elektrolüüdis moodustunud SEI kile LIF-i sisaldus on oluliselt kõrgem kui VC lisandiga elektrolüüdis.SEI-kile koostise edasine kvantitatiivne analüüs näitab, et SEI-kile LIF-i sisu järjestus on pärast esimest tsüklit lifsi> liftfsi> LiTFSI> VC> tühi rühm, kuid SEI-kile ei ole pärast esimest laadimist muutumatu.Pärast 50 tsüklit vähenes SEI kile LIF-i sisaldus lifsi ja liftfsi elektrolüüdis vastavalt 12% ja 43%, samal ajal kui LiTFSI-ga lisatud elektrolüüdi LIF-i sisaldus suurenes 9%.
Üldiselt arvame, et SEI membraani struktuur jaguneb kaheks kihiks: sisemine anorgaaniline kiht ja välimine orgaaniline kiht.Anorgaaniline kiht koosneb peamiselt LIF-ist, Li2CO3-st ja muudest anorgaanilistest komponentidest, millel on parem elektrokeemiline jõudlus ja suurem ioonjuhtivus.Väline orgaaniline kiht koosneb peamiselt poorsetest elektrolüütide lagunemis- ja polümerisatsiooniproduktidest, nagu roco2li, PEO ja nii edasi, millel pole elektrolüüdi tugevat kaitset, seetõttu loodame, et SEI membraan sisaldab rohkem anorgaanilisi komponente.Imiidilisandid võivad tuua SEI membraanile rohkem anorgaanilisi LIF komponente, mis muudab SEI membraani struktuuri stabiilsemaks, võivad paremini ära hoida elektrolüütide lagunemist akutsükli protsessis, vähendada Li tarbimist ja oluliselt parandada aku tsükli jõudlust.
Elektrolüütide lisanditena, eriti LiTFSI lisanditena, võivad liitiumi imiidisoolad oluliselt parandada aku tsükli jõudlust.See on peamiselt tingitud asjaolust, et grafiitanoodi pinnale moodustatud SEI-kilel on rohkem LIF-i, õhemat ja stabiilsemat SEI-kilet, mis vähendab elektrolüüdi lagunemist ja vähendab liidese takistust.Praeguste katseandmete põhjal on LiTFSI lisand siiski sobivam toatemperatuuril kasutamiseks.40 ℃ juures ei ole LiTFSI lisandil VC lisandi ees ilmset eelist.
Postitusaeg: 15. aprill 2021