鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:881次 | 2022年04月06日
解析鋰電池電解液添加劑
1、含硼添加劑
含硼化合物經(jīng)常作為添加劑應(yīng)用到不同正極材料的鋰離子電池中,在電池循環(huán)過程中,很多含硼化合物會在正極表面形成保護(hù)膜,來穩(wěn)定電極/電解液之間的界面,從而提高電池性能。考慮到含硼化合物的這一獨(dú)特性能,眾多學(xué)者開始嘗試將其應(yīng)用到高壓鋰離子電池中,來增強(qiáng)正極界面穩(wěn)定性。
2、有機(jī)磷添加劑
根據(jù)前線軌道能量與電化學(xué)穩(wěn)定性的關(guān)系:分子的HOMO越高,軌道中的電子越不穩(wěn)定,氧化性越好:分子的LUMO越低,越容易得電子,還原性越好。目前所用的有機(jī)磷類添加劑還包括磷酸酯類化合物。XIA等將三烯丙基磷酸酯(TAP)添加劑應(yīng)用到Li[Ni0.42Mn0.42Co0.16]O2(NMC442)石墨全電池中,發(fā)現(xiàn)當(dāng)有TAP存在時(shí)會顯著提高庫侖效率,長時(shí)間循環(huán)后,仍然具有很高的容量保持。XPS結(jié)果表明,在循環(huán)過程中,烯丙基可能會發(fā)生交聯(lián)電聚合反應(yīng),得到的產(chǎn)物覆蓋到電極表面,形成均勻的SEI膜。
3、碳酸酯類添加劑
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
含氟皖基(PFA)化合物具有很高的電化學(xué)穩(wěn)定性,同時(shí)具備疏水性與疏油性的特性,當(dāng)PFA添加到有機(jī)溶劑中,疏溶劑的PFA會凝聚到一起形成膠團(tuán)。由于PFA的這一特性,ZHU等嘗試將全氟烴基(下圖中TEM-EC、PFB-EC、PFH-EC、PFO-EC)取代的碳酸亞乙酯添加到高壓鋰離子電池電解液中,關(guān)于Li1.2Ni0.15Mn0.55Co0.1O2石墨電池,當(dāng)加入0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的PFO-EC后,電池在長時(shí)間循環(huán)過程中性能明顯提高,這重要是因?yàn)樘砑觿┰谘h(huán)過程中形成了雙層的鈍化膜,同時(shí)減少電極表面的降解與電解液的氧化分解。
4、含硫添加劑
近年來,將有機(jī)磺酸酯作為添加劑應(yīng)用到鋰離子電池中的報(bào)道很多。PIRES將1,3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)加入到高壓鋰離子電池電解液中,有效抑制了電極表面副反應(yīng)的發(fā)生以及金屬離子的溶解。ZHENG等用二甲磺酰甲烷(DMSM)作為高壓LiNil/3Col/3Mn1/3O2石墨電池電解液添加劑,XPS、SEM以及TEM分析結(jié)果表明,MMDS的存在對正極SEI膜具有很好的修飾用途,即使在高壓下也能顯著降低電極/電解液界面阻抗,提高正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。此外,HUANG等分別研究了三氟甲基苯硫醚(PTS)添加劑在高壓鋰離子電池室溫及高溫下的循環(huán)性能。理論計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出,在循環(huán)過程中PTS比溶劑分子優(yōu)先被氧化,形成的SEI膜提高了電池在高電壓下的循環(huán)穩(wěn)定性。此外,一些噻吩及其衍生物也被考慮作為高壓鋰離子電池添加劑使用,當(dāng)加入這些添加劑后,會在正極表面形成聚合物膜,防止了電解液在高壓下的氧化分解。