წყარო: ახალი ენერგიის ლიდერი, ავტორი
რეზიუმე: ამჟამად, ლითიუმის მარილები კომერციულ ლითიუმ-იონური ბატარეის ელექტროლიტში ძირითადად არის LiPF6 და LiPF6 ელექტროლიტს მისცეს შესანიშნავი ელექტროქიმიური მოქმედება, მაგრამ LiPF6-ს აქვს ცუდი თერმული და ქიმიური სტაბილურობა და ძალიან მგრძნობიარეა წყლის მიმართ.
ამჟამად, ლითიუმის მარილები კომერციულ ლითიუმ-იონური ბატარეის ელექტროლიტში ძირითადად არის LiPF6 და LiPF6 ელექტროლიტს მისცეს შესანიშნავი ელექტროქიმიური მოქმედება.თუმცა, LiPF6-ს აქვს ცუდი თერმული და ქიმიური სტაბილურობა და ძალიან მგრძნობიარეა წყლის მიმართ.მცირე რაოდენობით H2O ზემოქმედებით, მჟავე ნივთიერებები, როგორიცაა HF, დაიშლება, შემდეგ კი დადებითი მასალა კოროზირდება, გარდამავალი ლითონის ელემენტები დაიშლება და უარყოფითი ელექტროდის ზედაპირი გადაადგილდება SEI ფილმის განადგურების მიზნით. , შედეგები აჩვენებს, რომ SEI ფილმი აგრძელებს ზრდას, რაც იწვევს ლითიუმ-იონური ბატარეების ტევადობის მუდმივ შემცირებას.
ამ პრობლემების დასაძლევად ხალხს იმედი ჰქონდა, რომ იმიდის ლითიუმის მარილები უფრო სტაბილური H2O და უკეთესი თერმული და ქიმიური მდგრადობით, როგორიცაა ლითიუმის მარილები, როგორიცაა LiTFSI, lifsi და liftfsi, შემოიფარგლება ფასის ფაქტორებით და ლითიუმის მარილების ანიონებით. როგორიცაა LiTFSI არ შეიძლება მოგვარდეს ალ ფოლგის კოროზიისთვის და ა.შ., LiTFSI ლითიუმის მარილი პრაქტიკაში არ გამოიყენება.ახლახან გერმანული HIU ლაბორატორიის VARVARA sharova-მ აღმოაჩინა იმიდური ლითიუმის მარილების ელექტროლიტური დანამატების გამოყენების ახალი გზა.
გრაფიტის უარყოფითი ელექტროდის დაბალი პოტენციალი Li-ion ბატარეაში გამოიწვევს ელექტროლიტის დაშლას მის ზედაპირზე, წარმოქმნის პასივაციის ფენას, რომელსაც SEI ფილმი ეწოდება.SEI ფილმს შეუძლია თავიდან აიცილოს ელექტროლიტის დაშლა უარყოფით ზედაპირზე, ამიტომ SEI ფილმის სტაბილურობა გადამწყვეტ გავლენას ახდენს ლითიუმ-იონური ბატარეების ციკლის სტაბილურობაზე.მიუხედავად იმისა, რომ ლითიუმის მარილები, როგორიცაა LiTFSI, არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას კომერციული ელექტროლიტის გამხსნელად გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, იგი გამოიყენებოდა როგორც დანამატები და მიაღწია ძალიან კარგ შედეგებს.VARVARA sharova-ს ექსპერიმენტმა დაადგინა, რომ ელექტროლიტში 2wt% LiTFSI-ის დამატებამ შეიძლება ეფექტურად გააუმჯობესოს lifepo4/გრაფიტის ბატარეის ციკლის მოქმედება: 600 ციკლი 20 ℃ ტემპერატურაზე და სიმძლავრის შემცირება 2%-ზე ნაკლებია.საკონტროლო ჯგუფში ემატება ელექტროლიტი 2wt% VC დანამატით.იმავე პირობებში, ბატარეის სიმძლავრის შემცირება დაახლოებით 20% -ს აღწევს.
ლითიუმ-იონური ბატარეების მუშაობაზე სხვადასხვა დანამატების ზემოქმედების შესამოწმებლად, ცარიელი ჯგუფი lp30 (EC: DMC = 1:1) დანამატების გარეშე და ექსპერიმენტული ჯგუფი VC, LiTFSI, lifsi და liftfsi მომზადდა ვარვარვარა შაროვას მიერ. შესაბამისად.ამ ელექტროლიტების მოქმედება შეფასდა ღილაკის ნახევარი უჯრედით და სრული უჯრედით.
ზემოთ მოყვანილი ფიგურა გვიჩვენებს ცარიელი საკონტროლო ჯგუფის და ექსპერიმენტული ჯგუფის ელექტროლიტების ვოლტამეტრულ მრუდებს.შემცირების პროცესის დროს ჩვენ შევამჩნიეთ, რომ აშკარა დენის პიკი გამოჩნდა ცარიელი ჯგუფის ელექტროლიტში დაახლოებით 0,65 ვ, რაც შეესაბამება EC გამხსნელის შემცირების დაშლას.ექსპერიმენტული ჯგუფის დაშლის დენის პიკი VC დანამატით გადავიდა მაღალ პოტენციალზე, რაც ძირითადად განპირობებული იყო იმის გამო, რომ VC დანამატის დაშლის ძაბვა უფრო მაღალი იყო, ვიდრე EC-ის, შესაბამისად, პირველად მოხდა დაშლა, რომელმაც იცავდა EC.თუმცა, LiTFSI, lifsi და littfsi დანამატებით დამატებული ელექტროლიტის ვოლტამეტრიული მრუდები მნიშვნელოვნად არ განსხვავდებოდა ცარიელი ჯგუფის მრუდებისაგან, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ იმიდის დანამატებმა ვერ შეამცირეს EC გამხსნელის დაშლა.
ზემოთ მოყვანილი სურათი გვიჩვენებს გრაფიტის ანოდის ელექტროქიმიურ მოქმედებას სხვადასხვა ელექტროლიტებში.პირველი დამუხტვისა და განმუხტვის ეფექტურობიდან, ცარიელი ჯგუფის კულონური ეფექტურობა არის 93.3%, ელექტროლიტების პირველი ეფექტურობა LiTFSI, lifsi და liftfsi არის შესაბამისად 93.3%, 93.6% და 93.8%.თუმცა, ელექტროლიტების პირველი ეფექტურობა VC დანამატით არის მხოლოდ 91.5%, რაც ძირითადად იმის გამო ხდება, რომ გრაფიტის პირველი ლითიუმის ინტერკალაციის დროს VC იშლება გრაფიტის ანოდის ზედაპირზე და მოიხმარს მეტ Li-ს.
SEI ფილმის შემადგენლობა დიდ გავლენას მოახდენს იონურ გამტარობაზე და შემდეგ იმოქმედებს ლითიუმის იონური ბატარეის სიჩქარეზე.სიჩქარის შესრულების ტესტში აღმოჩნდა, რომ ელექტროლიტს lifsi და liftfsi დანამატებით აქვს ოდნავ დაბალი სიმძლავრე, ვიდრე სხვა ელექტროლიტებს მაღალი დენის გამონადენში.C / 2 ციკლის ტესტში, ყველა ელექტროლიტის ციკლის მოქმედება იმიდური დანამატებით არის ძალიან სტაბილური, ხოლო ელექტროლიტების მოცულობა VC დანამატებით მცირდება.
ლითიუმ-იონური ბატარეის გრძელვადიან ციკლში ელექტროლიტის სტაბილურობის შესაფასებლად VARVARA შაროვამ ასევე მოამზადა LiFePO4/გრაფიტის სრული უჯრედი ღილაკიანი უჯრედით და შეაფასა ელექტროლიტის ციკლის მოქმედება სხვადასხვა დანამატებით 20 ℃ და 40 ℃.შეფასების შედეგები ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ცხრილში.ცხრილიდან ჩანს, რომ ელექტროლიტის ეფექტურობა LiTFSI დანამატით საგრძნობლად მაღალია, ვიდრე პირველად VC დანამატით, ხოლო ველოსიპედის მოქმედება 20 ℃-ზე კიდევ უფრო დიდია.ელექტროლიტის ტევადობის შეკავების მაჩვენებელი LiTFSI დანამატით არის 98,1% 600 ციკლის შემდეგ, ხოლო ელექტროლიტის შეკავების სიჩქარე VC დანამატით არის მხოლოდ 79,6%.თუმცა, ეს უპირატესობა ქრება, როდესაც ელექტროლიტი ციკლირდება 40 ℃ ტემპერატურაზე და ყველა ელექტროლიტს აქვს მსგავსი ციკლური მოქმედება.
ზემოაღნიშნული ანალიზიდან ძნელი არ არის იმის დანახვა, რომ ლითიუმ-იონური ბატარეის ციკლის შესრულება შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს, როდესაც ლითიუმის იმიდის მარილი გამოიყენება როგორც ელექტროლიტური დანამატი.ლითიუმ-იონურ ბატარეებში დანამატების მოქმედების მექანიზმის შესასწავლად, როგორიცაა LiTFSI, VARVARA შაროვამ გააანალიზა SEI ფირის შემადგენლობა, რომელიც წარმოიქმნება გრაფიტის ანოდის ზედაპირზე სხვადასხვა ელექტროლიტებში XPS-ის საშუალებით.შემდეგი სურათი გვიჩვენებს SEI ფირის XPS ანალიზის შედეგებს, რომლებიც წარმოიქმნება გრაფიტის ანოდის ზედაპირზე პირველი და 50-ე ციკლის შემდეგ.ჩანს, რომ LIF შემცველობა SEI ფილმში, რომელიც წარმოიქმნება ელექტროლიტში LiTFSI დანამატით, მნიშვნელოვნად მაღალია, ვიდრე VC დანამატის მქონე ელექტროლიტში.SEI ფილმის შემადგენლობის შემდგომი რაოდენობრივი ანალიზი აჩვენებს, რომ SEI ფილმში LIF შინაარსის რიგი არის lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > ცარიელი ჯგუფი პირველი ციკლის შემდეგ, მაგრამ SEI ფილმი არ არის უცვლელი პირველი დამუხტვის შემდეგ.50 ციკლის შემდეგ, SEI ფილმის LIF შემცველობა lifsi და liftfsi ელექტროლიტში შემცირდა შესაბამისად 12% და 43%-ით, ხოლო LiTFSI-ით დამატებული ელექტროლიტის LIF შემცველობა გაიზარდა 9%-ით.
ზოგადად, ვფიქრობთ, რომ SEI მემბრანის სტრუქტურა იყოფა ორ ფენად: შიდა არაორგანული ფენა და გარე ორგანული ფენა.არაორგანული ფენა ძირითადად შედგება LIF, Li2CO3 და სხვა არაორგანული კომპონენტებისგან, რომლებსაც აქვთ უკეთესი ელექტროქიმიური მოქმედება და მაღალი იონური გამტარობა.გარე ორგანული ფენა ძირითადად შედგება ფოროვანი ელექტროლიტების დაშლისა და პოლიმერიზაციის პროდუქტებისგან, როგორიცაა roco2li, PEO და ა.იმიდის დანამატებს შეუძლიათ SEI მემბრანაში მეტი არაორგანული LIF კომპონენტების მოტანა, რაც SEI მემბრანის სტრუქტურას უფრო სტაბილურს ხდის, უკეთესად აფერხებს ელექტროლიტების დაშლას ბატარეის ციკლის პროცესში, ამცირებს Li-ის მოხმარებას და მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ბატარეის ციკლის მუშაობას.
როგორც ელექტროლიტური დანამატები, განსაკუთრებით LiTFSI დანამატები, იმიდის ლითიუმის მარილებს შეუძლიათ მნიშვნელოვნად გააუმჯობესონ ბატარეის ციკლის შესრულება.ეს ძირითადად განპირობებულია იმით, რომ გრაფიტის ანოდის ზედაპირზე წარმოქმნილ SEI ფილმს აქვს მეტი LIF, თხელი და სტაბილური SEI ფილმი, რაც ამცირებს ელექტროლიტის დაშლას და ამცირებს ინტერფეისის წინააღმდეგობას.თუმცა, მიმდინარე ექსპერიმენტული მონაცემებიდან გამომდინარე, LiTFSI დანამატი უფრო შესაფერისია ოთახის ტემპერატურაზე გამოსაყენებლად.40 ℃, LiTFSI დანამატს არ აქვს აშკარა უპირატესობა VC დანამატთან შედარებით.
გამოქვეყნების დრო: აპრ-15-2021