المصدر: قائد الطاقة الجديد ، بقلم
الخلاصة: في الوقت الحاضر ، أملاح الليثيوم في إلكتروليت بطارية الليثيوم أيون التجارية هي أساسًا LiPF6 و LiPF6 أعطت أداءً كهروكيميائيًا ممتازًا للكهرباء ، لكن LiPF6 لديه ثبات حراري وكيميائي ضعيف ، وهو حساس جدًا للماء.
في الوقت الحاضر ، فإن أملاح الليثيوم في إلكتروليت بطارية الليثيوم أيون التجارية هي بشكل أساسي LiPF6 و LiPF6 أعطت أداء كهروكيميائي ممتاز للكهرباء.ومع ذلك ، يتمتع LiPF6 باستقرار حراري وكيميائي ضعيف ، وهو حساس جدًا للماء.تحت تأثير كمية صغيرة من H2O ، ستتحلل المواد الحمضية مثل HF ، ثم تتآكل المادة الإيجابية ، وسيتم إذابة العناصر المعدنية الانتقالية ، وسيتم ترحيل سطح القطب السالب لتدمير فيلم SEI ، تظهر النتائج أن فيلم SEI يستمر في النمو ، مما يؤدي إلى الانخفاض المستمر في قدرة بطاريات الليثيوم أيون.
للتغلب على هذه المشاكل ، كان الناس يأملون أن تكون أملاح الليثيوم من الإيميد مع H2O أكثر استقرارًا واستقرارًا حراريًا وكيميائيًا أفضل ، مثل أملاح الليثيوم مثل LiTFSI و lifsi و liftfsi ، محدودة بعوامل التكلفة وأنيونات أملاح الليثيوم مثل LiTFSI لا يمكن حله من أجل تآكل Al foil ، وما إلى ذلك ، لم يتم تطبيق ملح الليثيوم LiTFSI في الممارسة العملية.في الآونة الأخيرة ، وجد VARVARA sharova من مختبر HIU الألماني طريقة جديدة لتطبيق أملاح الليثيوم imide كمضافات إلكتروليت.
ستؤدي الإمكانات المنخفضة لقطب الجرافيت السالب في بطارية Li-ion إلى تحلل المنحل بالكهرباء على سطحه ، مما يشكل طبقة التخميل ، والتي تسمى فيلم SEI.يمكن لفيلم SEI أن يمنع الإلكتروليت من التحلل على السطح السلبي ، وبالتالي فإن استقرار فيلم SEI له تأثير حاسم على استقرار دورة بطاريات الليثيوم أيون.على الرغم من أن أملاح الليثيوم مثل LiTFSI لا يمكن استخدامها كمذاب للكهارل التجاري لفترة من الوقت ، فقد تم استخدامها كمواد مضافة وحققت نتائج جيدة جدًا.وجدت تجربة VARVARA sharova أن إضافة 2٪ بالوزن LiTFSI في المنحل بالكهرباء يمكن أن يحسن أداء دورة بطارية lifepo4 / الجرافيت: 600 دورة عند 20 ℃ وانخفاض السعة أقل من 2٪.في المجموعة الضابطة ، تمت إضافة المنحل بالكهرباء مع 2wt٪ VC المضافة.في ظل نفس الظروف يصل انخفاض قدرة البطارية إلى حوالي 20٪.
من أجل التحقق من تأثير المواد المضافة المختلفة على أداء بطاريات الليثيوم أيون ، تم تحضير المجموعة الفارغة lp30 (EC: DMC = 1: 1) بدون إضافات والمجموعة التجريبية مع VC و LiTFSI و lifsi و liftfsi بواسطة varvarvara sharova على التوالى.تم تقييم أداء هذه الإلكتروليتات بواسطة خلية نصف زر وخلية كاملة.
يوضح الشكل أعلاه المنحنيات الفولتميترية للإلكتروليتات لمجموعة التحكم الفارغة والمجموعة التجريبية.أثناء عملية الاختزال ، لاحظنا ظهور ذروة تيار واضحة في المنحل بالكهرباء للمجموعة الفارغة عند حوالي 0.65 فولت ، وهو ما يقابل تحلل الاختزال لمذيب EC.تحولت ذروة التحلل الحالية للمجموعة التجريبية مع مضافة VC إلى الجهد العالي ، والذي كان بشكل أساسي لأن جهد التحلل لمضاف VC كان أعلى من جهد EC ، لذلك حدث التحلل أولاً ، مما أدى إلى حماية EC.ومع ذلك ، لم تكن المنحنيات الفولتميترية للإلكتروليت المضافة مع إضافات LiTFSI و lifsi و littfsi تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك الموجودة في المجموعة الفارغة ، مما يشير إلى أن إضافات imide لا يمكن أن تقلل من تحلل مذيب EC.
يوضح الشكل أعلاه الأداء الكهروكيميائي لأنود الجرافيت في إلكتروليتات مختلفة.من كفاءة الشحنة الأولى والتفريغ ، تبلغ كفاءة كولوم للمجموعة الفارغة 93.3٪ ، والكفاءة الأولى للإلكتروليتات مع LiTFSI و lifsi و liftfsi هي 93.3٪ و 93.6٪ و 93.8٪ على التوالي.ومع ذلك ، فإن الكفاءة الأولى للإلكتروليتات التي تحتوي على مضافة VC هي 91.5 ٪ فقط ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أنه خلال أول عملية إقحام الليثيوم للجرافيت ، يتحلل VC على سطح أنود الجرافيت ويستهلك المزيد من الليثيوم.
سيكون لتكوين فيلم SEI تأثير كبير على التوصيل الأيوني ، ومن ثم يؤثر على أداء معدل بطارية Li ion.في اختبار أداء المعدل ، وجد أن المنحل بالكهرباء مع إضافات lifsi و liftfsi له قدرة أقل قليلاً من الإلكتروليتات الأخرى في التفريغ العالي الحالي.في اختبار دورة C / 2 ، يكون أداء دورة جميع الإلكتروليتات مع إضافات imide مستقرًا للغاية ، بينما تقل قدرة الإلكتروليتات مع إضافات VC.
من أجل تقييم استقرار المنحل بالكهرباء في دورة طويلة الأمد لبطارية ليثيوم أيون ، أعدت VARVARA sharova أيضًا خلية كاملة LiFePO4 / الجرافيت مع خلية زر ، وقيمت أداء دورة المنحل بالكهرباء مع إضافات مختلفة عند 20 و 40 ℃.نتائج التقييم موضحة في الجدول أدناه.يمكن أن نرى من الجدول أن كفاءة الإلكتروليت مع مضافة LiTFSI أعلى بكثير من تلك المضافة لأول مرة مع VC ، وأداء التدوير عند 20 أكثر غموضًا.معدل الاحتفاظ بالقدرة للإلكتروليت مع مضافة LiTFSI هو 98.1٪ بعد 600 دورة ، بينما معدل الاحتفاظ بالقدرة للإلكتروليت مع إضافة VC هو 79.6٪ فقط.ومع ذلك ، تختفي هذه الميزة عندما يتم تدوير المنحل بالكهرباء عند 40 ℃ ، وكل الإلكتروليتات لها أداء تدوير مماثل.
من التحليل أعلاه ، ليس من الصعب رؤية أن أداء دورة بطارية ليثيوم أيون يمكن أن يتحسن بشكل كبير عند استخدام ملح إيميد الليثيوم كمادة مضافة بالكهرباء.من أجل دراسة آلية عمل المواد المضافة مثل LiTFSI في بطاريات أيونات الليثيوم ، حللت VARVARA sharova تركيبة فيلم SEI المتكون على سطح أنود الجرافيت في إلكتروليتات مختلفة بواسطة XPS.يوضح الشكل التالي نتائج تحليل XPS لفيلم SEI المتكون على سطح أنود الجرافيت بعد الدورتين الأولى والخمسين.يمكن ملاحظة أن محتوى LIF في فيلم SEI المتكون في المنحل بالكهرباء مع إضافة LiTFSI أعلى بكثير من محتوى المنحل بالكهرباء مع إضافة VC.يوضح التحليل الكمي الإضافي لتكوين فيلم SEI أن ترتيب محتوى LIF في فيلم SEI هو lifsi> liftfsi> LiTFSI> VC> مجموعة فارغة بعد الدورة الأولى ، لكن فيلم SEI ليس ثابتًا بعد الشحنة الأولى.بعد 50 دورة ، انخفض محتوى LIF لفيلم SEI في lifsi و liftfsi بنسبة 12٪ و 43٪ على التوالي ، بينما زاد محتوى LIF من الإلكتروليت المضاف مع LiTFSI بنسبة 9٪.
بشكل عام ، نعتقد أن هيكل غشاء SEI ينقسم إلى طبقتين: الطبقة الداخلية غير العضوية والطبقة العضوية الخارجية.تتكون الطبقة غير العضوية بشكل أساسي من LIF و Li2CO3 ومكونات غير عضوية أخرى ، والتي تتمتع بأداء كهروكيميائي أفضل وموصلية أيونية أعلى.تتكون الطبقة العضوية الخارجية بشكل أساسي من منتجات تحلل الإلكتروليت المسامية ومنتجات البلمرة ، مثل roco2li و PEO وما إلى ذلك ، والتي لا تحتوي على حماية قوية للكهارل ، لذلك ، نأمل أن يحتوي غشاء SEI على المزيد من المكونات غير العضوية.يمكن أن تجلب إضافات Imide المزيد من مكونات LIF غير العضوية إلى غشاء SEI ، مما يجعل هيكل غشاء SEI أكثر استقرارًا ، ويمكن أن يمنع بشكل أفضل تحلل الإلكتروليت في عملية دورة البطارية ، ويقلل من استهلاك Li ، ويحسن أداء دورة البطارية بشكل كبير.
كمضافات إلكتروليت ، خاصة إضافات LiTFSI ، يمكن لأملاح الليثيوم imide أن تحسن أداء دورة البطارية بشكل كبير.هذا يرجع أساسًا إلى حقيقة أن فيلم SEI المتكون على سطح أنود الجرافيت يحتوي على LIF أكثر ، وأرق وأكثر ثباتًا ، مما يقلل من تحلل الإلكتروليت ويقلل من مقاومة الواجهة.ومع ذلك ، من البيانات التجريبية الحالية ، تعتبر مادة LiTFSI المضافة أكثر ملاءمة للاستخدام في درجة حرارة الغرفة.عند 40 ℃ ، لا تتمتع مادة LiTFSI المضافة بميزة واضحة على مادة VC المضافة.
الوقت ما بعد: 15 أبريل - 2021