Sumber: pemimpin energi baru, oleh
Abstrak: saat ini, garam lithium dalam elektrolit baterai lithium-ion komersial terutama LiPF6 dan LiPF6 telah memberikan kinerja elektrokimia yang sangat baik pada elektrolit, tetapi LiPF6 memiliki stabilitas termal dan kimia yang buruk, dan sangat sensitif terhadap air.
Saat ini, garam lithium dalam elektrolit baterai lithium-ion komersial terutama LiPF6 dan LiPF6 telah memberikan kinerja elektrokimia elektrolit yang sangat baik.Namun, LiPF6 memiliki stabilitas termal dan kimia yang buruk, dan sangat sensitif terhadap air.Di bawah aksi sejumlah kecil H2O, zat asam seperti HF akan terurai, dan kemudian material positif akan terkorosi, dan unsur logam transisi akan larut, dan permukaan elektroda negatif akan bermigrasi untuk menghancurkan film SEI. , Hasilnya menunjukkan bahwa film SEI terus berkembang, yang mengarah pada penurunan terus menerus kapasitas baterai lithium-ion.
Untuk mengatasi masalah ini, orang berharap garam litium imida dengan H2O yang lebih stabil dan stabilitas termal dan kimia yang lebih baik, seperti garam litium seperti LiTFSI, lifsi dan liftfsi, dibatasi oleh faktor biaya dan anion garam litium. seperti LiTFSI tidak dapat diselesaikan untuk korosi Al foil, dll., garam litium LiTFSI belum diterapkan dalam praktik.Baru-baru ini, VARVARA sharova dari laboratorium HIU Jerman telah menemukan cara baru untuk aplikasi garam litium imida sebagai aditif elektrolit.
Potensi elektroda negatif grafit yang rendah pada baterai Li-ion akan menyebabkan dekomposisi elektrolit pada permukaannya, membentuk lapisan pasivasi, yang disebut film SEI.Film SEI dapat mencegah penguraian elektrolit pada permukaan negatif, sehingga stabilitas film SEI memiliki pengaruh penting pada stabilitas siklus baterai lithium-ion.Meskipun garam lithium seperti LiTFSI tidak dapat digunakan sebagai larutan elektrolit komersial untuk sementara waktu, namun telah digunakan sebagai aditif dan telah mencapai hasil yang sangat baik.Eksperimen VARVARA sharova menemukan bahwa menambahkan 2wt% LiTFSI dalam elektrolit dapat secara efektif meningkatkan kinerja siklus baterai lifepo4/ grafit: 600 siklus pada 20 ℃ dan penurunan kapasitas kurang dari 2%.Pada kelompok kontrol, ditambahkan elektrolit dengan aditif 2wt% VC.Dalam kondisi yang sama, penurunan kapasitas baterai mencapai sekitar 20%.
Untuk memverifikasi pengaruh aditif yang berbeda pada kinerja baterai lithium-ion, kelompok kosong lp30 (EC: DMC = 1:1) tanpa aditif dan kelompok eksperimen dengan VC, LiTFSI, lifsi dan liftfsi disiapkan oleh varvarvara sharova masing-masing.Kinerja elektrolit ini dievaluasi dengan tombol setengah sel dan sel penuh.
Gambar di atas menunjukkan kurva voltametri elektrolit kelompok kontrol blanko dan kelompok eksperimen.Selama proses reduksi, kami melihat bahwa puncak arus yang jelas muncul di elektrolit kelompok kosong sekitar 0,65v, sesuai dengan dekomposisi reduksi pelarut EC.Puncak arus dekomposisi kelompok eksperimen dengan aditif VC bergeser ke potensial tinggi, yang terutama karena tegangan dekomposisi aditif VC lebih tinggi daripada tegangan EC, Oleh karena itu, dekomposisi terjadi lebih dulu, yang melindungi EC.Namun, kurva voltametri elektrolit yang ditambahkan dengan aditif LiTFSI, lifsi dan littfsi tidak berbeda nyata dengan kelompok kosong, yang menunjukkan bahwa aditif imida tidak dapat mengurangi dekomposisi pelarut EC.
Gambar di atas menunjukkan kinerja elektrokimia anoda grafit dalam elektrolit yang berbeda.Dari efisiensi pengisian dan pengosongan pertama, efisiensi coulomb kelompok kosong adalah 93,3%, efisiensi pertama elektrolit dengan LiTFSI, lifsi dan liftfsi masing-masing adalah 93,3%, 93,6% dan 93,8%.Namun, efisiensi pertama elektrolit dengan aditif VC hanya 91,5%, yang terutama karena selama interkalasi litium grafit pertama, VC terurai pada permukaan anoda grafit dan mengkonsumsi lebih banyak Li.
Komposisi film SEI akan sangat berpengaruh pada konduktivitas ionik, dan kemudian mempengaruhi kinerja laju baterai Li ion.Pada uji kinerja laju, ditemukan bahwa elektrolit dengan aditif lifsi dan liftfsi memiliki kapasitas yang sedikit lebih rendah daripada elektrolit lain dalam debit arus tinggi.Pada uji siklus C/2, kinerja siklus semua elektrolit dengan aditif imida sangat stabil, sedangkan kapasitas elektrolit dengan aditif VC menurun.
Untuk mengevaluasi stabilitas elektrolit dalam siklus jangka panjang baterai lithium-ion, VARVARA sharova juga menyiapkan sel penuh LiFePO4 / grafit dengan sel tombol, dan mengevaluasi kinerja siklus elektrolit dengan berbagai aditif pada 20 ℃ dan 40 ℃.Hasil evaluasi ditunjukkan pada tabel di bawah ini.Dapat dilihat dari tabel bahwa efisiensi elektrolit dengan aditif LiTFSI secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan aditif VC untuk pertama kalinya, dan kinerja bersepeda pada 20 ℃ bahkan lebih luar biasa.Tingkat retensi kapasitas elektrolit dengan aditif LiTFSI adalah 98,1% setelah 600 siklus, sedangkan tingkat retensi kapasitas elektrolit dengan aditif VC hanya 79,6%.Namun, keunggulan ini hilang saat elektrolit didaur ulang pada suhu 40 ℃, dan semua elektrolit memiliki performa siklus yang serupa.
Dari analisis di atas, tidak sulit untuk melihat bahwa kinerja siklus baterai lithium-ion dapat ditingkatkan secara signifikan ketika garam lithium imide digunakan sebagai aditif elektrolit.Untuk mempelajari mekanisme aksi aditif seperti LiTFSI dalam baterai lithium-ion, VARVARA sharova menganalisis komposisi film SEI yang terbentuk pada permukaan anoda grafit dalam berbagai elektrolit dengan XPS.Gambar berikut menunjukkan hasil analisis XPS film SEI yang terbentuk pada permukaan anoda grafit setelah siklus pertama dan ke-50.Terlihat bahwa kandungan LIF pada film SEI yang terbentuk pada elektrolit dengan aditif LiTFSI jauh lebih tinggi dibandingkan pada elektrolit dengan aditif VC.Analisis kuantitatif lebih lanjut terhadap komposisi film SEI menunjukkan bahwa urutan kandungan LIF dalam film SEI adalah kelompok lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > blank setelah siklus pertama, tetapi film SEI tidak tetap setelah pengisian pertama.Setelah 50 siklus, kandungan LIF film SEI pada elektrolit lifsi dan liftfsi mengalami penurunan masing-masing sebesar 12% dan 43%, sedangkan kandungan LIF elektrolit yang ditambahkan dengan LiTFSI meningkat sebesar 9%.
Secara umum, menurut kami struktur membran SEI terbagi menjadi dua lapisan: lapisan anorganik dalam dan lapisan organik luar.Lapisan anorganik terutama terdiri dari LIF, Li2CO3 dan komponen anorganik lainnya, yang memiliki kinerja elektrokimia yang lebih baik dan konduktivitas ionik yang lebih tinggi.Lapisan organik luar terutama terdiri dari dekomposisi elektrolit berpori dan produk polimerisasi, seperti roco2li, PEO dan sebagainya, yang tidak memiliki perlindungan yang kuat untuk elektrolit, Oleh karena itu, kami berharap membran SEI mengandung lebih banyak komponen anorganik.Aditif imida dapat membawa lebih banyak komponen LIF anorganik ke membran SEI, yang membuat struktur membran SEI lebih stabil, dapat mencegah dekomposisi elektrolit dengan lebih baik dalam proses siklus baterai, mengurangi konsumsi Li, dan secara signifikan meningkatkan kinerja siklus baterai.
Sebagai aditif elektrolit, khususnya aditif LiTFSI, garam litium imida dapat secara signifikan meningkatkan kinerja siklus baterai.Hal ini terutama disebabkan oleh fakta bahwa film SEI yang terbentuk pada permukaan anoda grafit memiliki film SEI yang lebih tipis dan lebih stabil, yang mengurangi dekomposisi elektrolit dan mengurangi resistansi antarmuka.Namun dari data eksperimen saat ini, aditif LiTFSI lebih cocok digunakan pada suhu ruang.Pada 40 ℃, aditif LiTFSI tidak memiliki keunggulan yang jelas dibandingkan aditif VC.
Waktu posting: Apr-15-2021