Fuente: New Energy Leader, por
Resumen: en la actualidad, las sales de litio en el electrolito de la batería de iones de litio comerciales son principalmente LiPF6 y LiPF6 le han dado al electrolito un excelente rendimiento electroquímico, pero LiPF6 tiene una estabilidad térmica y química deficiente y es muy sensible al agua.
En la actualidad, las sales de litio en el electrolito de la batería de iones de litio comerciales son principalmente LiPF6 y LiPF6 le han dado al electrolito un excelente rendimiento electroquímico.Sin embargo, LiPF6 tiene poca estabilidad térmica y química y es muy sensible al agua.Bajo la acción de una pequeña cantidad de H2O, las sustancias ácidas como el HF se descompondrán y luego el material positivo se corroerá, los elementos de metal de transición se disolverán y la superficie del electrodo negativo migrará para destruir la película SEI. , Los resultados muestran que la película SEI continúa creciendo, lo que conduce a la continua disminución de la capacidad de las baterías de iones de litio.
Para superar estos problemas, la gente ha esperado que las sales de litio de imida con H2O más estable y mejor estabilidad térmica y química, como las sales de litio como LiTFSI, lifsi y liftfsi, estén limitadas por factores de costo y los aniones de las sales de litio. como LiTFSI no se puede resolver para la corrosión de la lámina de Al, etc., la sal de litio LiTFSI no se ha aplicado en la práctica.Recientemente, VARVARA sharova del laboratorio alemán HIU ha encontrado una nueva forma de aplicar sales de imida litio como aditivos electrolíticos.
El bajo potencial del electrodo negativo de grafito en la batería de iones de litio conducirá a la descomposición del electrolito en su superficie, formando una capa de pasivación, que se llama película SEI.La película SEI puede evitar que el electrolito se descomponga en la superficie negativa, por lo que la estabilidad de la película SEI tiene una influencia crucial en la estabilidad del ciclo de las baterías de iones de litio.Aunque las sales de litio como LiTFSI no se pueden usar como soluto de electrolitos comerciales por un tiempo, se han usado como aditivos y se han obtenido muy buenos resultados.El experimento de Varvara Sharova descubrió que agregar 2% en peso de LiTFSI en el electrolito puede mejorar efectivamente el rendimiento del ciclo de la batería lifepo4/grafito: 600 ciclos a 20 ℃ y la disminución de la capacidad es inferior al 2%.En el grupo de control, se agrega el electrolito con un 2% en peso de aditivo VC.En las mismas condiciones, la disminución de la capacidad de la batería alcanza alrededor del 20%.
Para verificar el efecto de diferentes aditivos en el rendimiento de las baterías de iones de litio, el grupo en blanco lp30 (EC: DMC = 1:1) sin aditivos y el grupo experimental con VC, LiTFSI, lifsi y liftfsi fueron preparados por varvarvara sharova respectivamente.El rendimiento de estos electrolitos se evaluó mediante media celda de botón y celda completa.
La figura anterior muestra las curvas voltamperométricas de los electrolitos del grupo de control en blanco y del grupo experimental.Durante el proceso de reducción, notamos que apareció un pico de corriente obvio en el electrolito del grupo en blanco a aproximadamente 0.65v, correspondiente a la descomposición por reducción del solvente EC.El pico de corriente de descomposición del grupo experimental con aditivo VC se desplazó al alto potencial, lo que se debió principalmente a que el voltaje de descomposición del aditivo VC fue más alto que el de EC. Por lo tanto, la descomposición ocurrió primero, lo que protegió a EC.Sin embargo, las curvas voltamperométricas del electrolito agregado con los aditivos LiTFSI, lifsi y littfsi no fueron significativamente diferentes de las del grupo en blanco, lo que indicó que los aditivos de imida no pudieron reducir la descomposición del solvente EC.
La figura anterior muestra el rendimiento electroquímico del ánodo de grafito en diferentes electrolitos.A partir de la eficiencia de la primera carga y descarga, la eficiencia de culombio del grupo en blanco es del 93,3 %, la primera eficiencia de los electrolitos con LiTFSI, lifsi y liftfsi es del 93,3 %, 93,6 % y 93,8 %, respectivamente.Sin embargo, la primera eficiencia de los electrolitos con aditivo VC es solo del 91,5 %, lo que se debe principalmente a que durante la primera intercalación de grafito con litio, VC se descompone en la superficie del ánodo de grafito y consume más Li.
La composición de la película SEI tendrá una gran influencia en la conductividad iónica y luego afectará el rendimiento de la batería de iones de litio.En la prueba de rendimiento de velocidad, se encuentra que el electrolito con aditivos lifsi y liftfsi tiene una capacidad ligeramente menor que otros electrolitos en descarga de alta corriente.En la prueba de ciclo C/2, el rendimiento del ciclo de todos los electrolitos con aditivos de imida es muy estable, mientras que la capacidad de los electrolitos con aditivos de VC disminuye.
Para evaluar la estabilidad del electrolito en el ciclo a largo plazo de la batería de iones de litio, VARVARA sharova también preparó una celda completa de LiFePO4/grafito con una celda de botón y evaluó el rendimiento del ciclo del electrolito con diferentes aditivos a 20 ℃ y 40 ℃.Los resultados de la evaluación se muestran en la siguiente tabla.En la tabla se puede ver que la eficiencia del electrolito con el aditivo LiTFSI es significativamente mayor que con el aditivo VC por primera vez, y el rendimiento del ciclo a 20 ℃ es aún más abrumador.La tasa de retención de capacidad del electrolito con aditivo LiTFSI es del 98,1 % después de 600 ciclos, mientras que la tasa de retención de capacidad del electrolito con aditivo VC es solo del 79,6 %.Sin embargo, esta ventaja desaparece cuando el electrolito se cicla a 40 ℃, y todos los electrolitos tienen un rendimiento de ciclo similar.
Del análisis anterior, no es difícil ver que el rendimiento del ciclo de la batería de iones de litio se puede mejorar significativamente cuando se usa sal de imida de litio como aditivo electrolítico.Para estudiar el mecanismo de acción de aditivos como LiTFSI en baterías de iones de litio, VAVARA sharova analizó la composición de la película SEI formada en la superficie del ánodo de grafito en diferentes electrolitos por XPS.La siguiente figura muestra los resultados del análisis XPS de la película SEI formada en la superficie del ánodo de grafito después del primer ciclo y del ciclo 50.Se puede ver que el contenido de LIF en la película SEI formada en el electrolito con aditivo LiTFSI es significativamente mayor que en el electrolito con aditivo VC.Un análisis cuantitativo adicional de la composición de la película SEI muestra que el orden del contenido de LIF en la película SEI es lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > grupo en blanco después del primer ciclo, pero la película SEI no es invariable después de la primera carga.Después de 50 ciclos, el contenido de LIF de la película SEI en los electrolitos lifsi y liftfsi disminuyó un 12 % y un 43 %, respectivamente, mientras que el contenido de LIF del electrolito agregado con LiTFSI aumentó un 9 %.
En general, pensamos que la estructura de la membrana SEI se divide en dos capas: la capa inorgánica interna y la capa orgánica externa.La capa inorgánica se compone principalmente de LIF, Li2CO3 y otros componentes inorgánicos, que tienen un mejor rendimiento electroquímico y una mayor conductividad iónica.La capa orgánica externa se compone principalmente de productos porosos de descomposición y polimerización de electrolitos, como roco2li, PEO, etc., que no tienen una fuerte protección para el electrolito. Por lo tanto, esperamos que la membrana SEI contenga más componentes inorgánicos.Los aditivos de imida pueden traer más componentes LIF inorgánicos a la membrana SEI, lo que hace que la estructura de la membrana SEI sea más estable, puede prevenir mejor la descomposición de electrolitos en el proceso del ciclo de la batería, reducir el consumo de Li y mejorar significativamente el rendimiento del ciclo de la batería.
Como aditivos de electrolitos, especialmente aditivos LiTFSI, las sales de imida de litio pueden mejorar significativamente el rendimiento del ciclo de la batería.Esto se debe principalmente al hecho de que la película SEI formada en la superficie del ánodo de grafito tiene más LIF, una película SEI más delgada y estable, lo que reduce la descomposición del electrolito y reduce la resistencia de la interfaz.Sin embargo, a partir de los datos experimentales actuales, el aditivo LiTFSI es más adecuado para su uso a temperatura ambiente.A 40 ℃, el aditivo LiTFSI no tiene una ventaja obvia sobre el aditivo VC.
Hora de publicación: 15-abr-2021