Աղբյուր՝ new Energy leader, by
Ներկայում առևտրային լիթիում-իոնային մարտկոցի էլեկտրոլիտում լիթիումի աղերը հիմնականում LiPF6-ն են և LiPF6-ը էլեկտրոլիտին տվել են գերազանց էլեկտրաքիմիական կատարում, բայց LiPF6-ն ունի վատ ջերմային և քիմիական կայունություն և շատ զգայուն է ջրի նկատմամբ:
Ներկայումս առևտրային լիթիում-իոնային մարտկոցի էլեկտրոլիտում լիթիումի աղերը հիմնականում LiPF6 են, իսկ LiPF6-ը էլեկտրոլիտին տվել են գերազանց էլեկտրաքիմիական արդյունավետություն:Այնուամենայնիվ, LiPF6-ն ունի վատ ջերմային և քիմիական կայունություն և շատ զգայուն է ջրի նկատմամբ:Փոքր քանակությամբ H2O-ի ազդեցության տակ թթվային նյութերը, ինչպիսիք են HF-ը, կքայքայվեն, այնուհետև դրական նյութը կոռոզիայի ենթարկվի, իսկ անցումային մետաղի տարրերը կլուծվեն, իսկ բացասական էլեկտրոդի մակերեսը կտեղափոխվի՝ ոչնչացնելու SEI թաղանթը: , Արդյունքները ցույց են տալիս, որ SEI ֆիլմը շարունակում է աճել, ինչը հանգեցնում է լիթիում-իոնային մարտկոցների հզորության շարունակական անկմանը։
Այս խնդիրները հաղթահարելու համար մարդիկ հույս ունեին, որ ավելի կայուն H2O և ավելի լավ ջերմային և քիմիական կայունություն ունեցող իմիդի լիթիումի աղերը, ինչպիսիք են լիթիումի աղերը, ինչպիսիք են LiTFSI, lifsi և liftfsi, սահմանափակված են ծախսային գործոններով և լիթիումի աղերի անիոններով։ ինչպիսին LiTFSI-ն չի կարող լուծվել Al փայլաթիթեղի կոռոզիայից և այլն, LiTFSI լիթիումի աղը գործնականում չի կիրառվել:Վերջերս գերմանական HIU լաբորատորիայի VARVARA sharova-ն գտել է իմիդ լիթիումի աղերի կիրառման նոր միջոց՝ որպես էլեկտրոլիտային հավելումներ։
Li-ion մարտկոցում գրաֆիտային բացասական էլեկտրոդի ցածր պոտենցիալը կհանգեցնի էլեկտրոլիտի քայքայմանը դրա մակերեսի վրա՝ ձևավորելով պասիվացման շերտ, որը կոչվում է SEI թաղանթ:SEI թաղանթը կարող է կանխել էլեկտրոլիտի քայքայումը բացասական մակերեսի վրա, ուստի SEI թաղանթի կայունությունը վճռորոշ ազդեցություն ունի լիթիում-իոնային մարտկոցների ցիկլի կայունության վրա:Թեև լիթիումի աղերը, ինչպիսին է LiTFSI-ն, չեն կարող որոշ ժամանակ օգտագործվել որպես առևտրային էլեկտրոլիտի լուծված նյութ, այն օգտագործվել է որպես հավելումներ և հասել է շատ լավ արդյունքների:VARVARA sharova-ի փորձը պարզել է, որ էլեկտրոլիտում 2 wt% LiTFSI ավելացնելը կարող է արդյունավետորեն բարելավել lifepo4/գրաֆիտի մարտկոցի ցիկլի աշխատանքը.Վերահսկիչ խմբում ավելացվում է էլեկտրոլիտ 2 wt% VC հավելումով:Նույն պայմաններում մարտկոցի հզորության անկումը հասնում է մոտ 20%-ի։
Լիթիում-իոնային մարտկոցների աշխատանքի վրա տարբեր հավելումների ազդեցությունը ստուգելու համար lp30 դատարկ խումբը (EC: DMC = 1:1) առանց հավելումների և փորձնական խումբը VC, LiTFSI, lifsi և liftfsi պատրաստեց varvarvara sharova-ն: համապատասխանաբար.Այս էլեկտրոլիտների կատարումը գնահատվել է կոճակի կես բջիջով և ամբողջական բջիջով:
Վերևի նկարը ցույց է տալիս դատարկ հսկիչ խմբի և փորձարարական խմբի էլեկտրոլիտների վոլտամետրիկ կորերը:Կրճատման գործընթացում մենք նկատեցինք, որ դատարկ խմբի էլեկտրոլիտում հայտնվեց ակնհայտ հոսանքի գագաթնակետ՝ մոտ 0,65 վ հզորությամբ, որը համապատասխանում է EC լուծիչի վերականգնողական տարրալուծմանը:VC հավելումով փորձարարական խմբի տարրալուծման հոսանքի գագաթնակետը տեղափոխվեց բարձր պոտենցիալ, ինչը հիմնականում պայմանավորված էր նրանով, որ VC հավելման տարրալուծման լարումը ավելի բարձր էր, քան EC-ը, հետևաբար, տարրալուծումը տեղի ունեցավ առաջինը, որը պաշտպանեց EC-ը:Այնուամենայնիվ, LiTFSI, lifsi և littfsi հավելումներով ավելացված էլեկտրոլիտի վոլտամետրիկ կորերը էականորեն չէին տարբերվում դատարկ խմբից, ինչը ցույց էր տալիս, որ իմիդային հավելումները չեն կարող նվազեցնել EC լուծիչի տարրալուծումը:
Վերևի նկարը ցույց է տալիս գրաֆիտի անոդի էլեկտրաքիմիական աշխատանքը տարբեր էլեկտրոլիտներում:Առաջին լիցքավորման և լիցքաթափման արդյունավետությունից դատարկ խմբի կուլոնային արդյունավետությունը կազմում է 93,3%, LiTFSI, lifsi և liftfsi էլեկտրոլիտների առաջին արդյունավետությունը համապատասխանաբար 93,3%, 93,6% և 93,8% են:Այնուամենայնիվ, VC հավելումով էլեկտրոլիտների առաջին արդյունավետությունը կազմում է ընդամենը 91,5%, ինչը հիմնականում պայմանավորված է նրանով, որ գրաֆիտի առաջին լիթիումի ինտերկալացիայի ժամանակ VC-ն քայքայվում է գրաֆիտի անոդի մակերեսին և սպառում ավելի շատ Li:
SEI ֆիլմի կազմը մեծ ազդեցություն կունենա իոնային հաղորդունակության վրա, այնուհետև կազդի Li ion մարտկոցի արագության վրա:Արագության կատարողականի թեստում պարզվել է, որ lifsi և liftfsi հավելումներով էլեկտրոլիտը մի փոքր ավելի ցածր հզորություն ունի, քան մյուս էլեկտրոլիտները բարձր հոսանքի արտանետման դեպքում:C / 2 ցիկլի թեստում բոլոր էլեկտրոլիտների ցիկլային կատարումը իմիդային հավելումներով շատ կայուն է, մինչդեռ VC հավելումներով էլեկտրոլիտների հզորությունը նվազում է:
Լիթիում-իոնային մարտկոցի երկարատև ցիկլում էլեկտրոլիտի կայունությունը գնահատելու համար VARVARA sharova-ն նաև պատրաստեց LiFePO4/գրաֆիտի ամբողջական բջիջ կոճակային բջիջով և գնահատեց էլեկտրոլիտի ցիկլի կատարումը տարբեր հավելումներով 20 ℃ և 40 ℃:Գնահատման արդյունքները ներկայացված են ստորև բերված աղյուսակում:Աղյուսակից երևում է, որ LiTFSI հավելումով էլեկտրոլիտի արդյունավետությունը զգալիորեն ավելի բարձր է, քան առաջին անգամ VC հավելումով, և 20 ℃ հեծանվավազքի կատարողականը նույնիսկ ավելի ճնշող է:LiTFSI հավելումով էլեկտրոլիտի հզորության պահպանման մակարդակը 600 ցիկլից հետո կազմում է 98,1%, մինչդեռ VC հավելումով էլեկտրոլիտի պահման արագությունը կազմում է ընդամենը 79,6%:Այնուամենայնիվ, այս առավելությունը անհետանում է, երբ էլեկտրոլիտը ցիկլվում է 40 ℃ ջերմաստիճանում, և բոլոր էլեկտրոլիտներն ունեն նույն հեծանվային կատարումը:
Վերոնշյալ վերլուծությունից դժվար չէ տեսնել, որ լիթիում-իոնային մարտկոցի ցիկլի կատարումը կարող է զգալիորեն բարելավվել, երբ լիթիումի իմիդային աղն օգտագործվում է որպես էլեկտրոլիտային հավելում:Լիթիում-իոնային մարտկոցներում LiTFSI-ի նման հավելումների գործողության մեխանիզմը ուսումնասիրելու համար VARVARA sharova-ն վերլուծել է SEI թաղանթի բաղադրությունը, որը ձևավորվել է գրաֆիտի անոդի մակերեսին տարբեր էլեկտրոլիտներում XPS-ի միջոցով:Հետևյալ նկարը ցույց է տալիս առաջին և 50-րդ ցիկլերից հետո գրաֆիտի անոդի մակերեսին ձևավորված SEI թաղանթի XPS վերլուծության արդյունքները:Կարելի է տեսնել, որ LiTFSI հավելումով էլեկտրոլիտում ձևավորված SEI թաղանթում LIF-ի պարունակությունը զգալիորեն ավելի բարձր է, քան VC հավելումով էլեկտրոլիտում:SEI ֆիլմի կազմի հետագա քանակական վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ SEI ֆիլմում LIF բովանդակության կարգը lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > դատարկ խումբ է առաջին ցիկլից հետո, բայց SEI ֆիլմը անփոփոխ չէ առաջին լիցքավորումից հետո:50 ցիկլից հետո SEI ֆիլմի LIF պարունակությունը lifsi և liftfsi էլեկտրոլիտներում նվազել է համապատասխանաբար 12% և 43% -ով, մինչդեռ LiTFSI-ով ավելացված էլեկտրոլիտի LIF պարունակությունն աճել է 9% -ով:
Ընդհանուր առմամբ, կարծում ենք, որ SEI թաղանթի կառուցվածքը բաժանված է երկու շերտի` ներքին անօրգանական և արտաքին օրգանական շերտ:Անօրգանական շերտը հիմնականում կազմված է LIF, Li2CO3 և այլ անօրգանական բաղադրիչներից, որոնք ունեն ավելի լավ էլեկտրաքիմիական կատարում և ավելի բարձր իոնային հաղորդունակություն։Արտաքին օրգանական շերտը հիմնականում կազմված է ծակոտկեն էլեկտրոլիտի տարրալուծման և պոլիմերացման արտադրանքներից, ինչպիսիք են roco2li, PEO և այլն, որոնք ուժեղ պաշտպանություն չունեն էլեկտրոլիտի համար, հետևաբար, մենք հուսով ենք, որ SEI թաղանթը պարունակում է ավելի շատ անօրգանական բաղադրիչներ:Imide հավելումները կարող են ավելի շատ անօրգանական LIF բաղադրիչներ բերել SEI թաղանթին, որն ավելի կայուն է դարձնում SEI մեմբրանի կառուցվածքը, կարող է ավելի լավ կանխել էլեկտրոլիտի քայքայումը մարտկոցի ցիկլի գործընթացում, նվազեցնել Li-ի սպառումը և զգալիորեն բարելավել մարտկոցի ցիկլի կատարումը:
Որպես էլեկտրոլիտային հավելումներ, հատկապես LiTFSI հավելումներ, իմիդ լիթիումի աղերը կարող են զգալիորեն բարելավել մարտկոցի ցիկլի աշխատանքը:Սա հիմնականում պայմանավորված է նրանով, որ գրաֆիտի անոդի մակերեսին ձևավորված SEI թաղանթն ունի ավելի շատ LIF, ավելի բարակ և կայուն SEI թաղանթ, ինչը նվազեցնում է էլեկտրոլիտի տարրալուծումը և նվազեցնում միջերեսի դիմադրությունը:Այնուամենայնիվ, ներկայիս փորձարարական տվյալների հիման վրա LiTFSI հավելումը ավելի հարմար է սենյակային ջերմաստիճանում օգտագործելու համար:40 ℃ ջերմաստիճանում LiTFSI հավելումը ակնհայտ առավելություն չունի VC հավելման նկատմամբ:
Հրապարակման ժամանակը՝ Ապրիլ-15-2021