O cantitate mică de materiale de stocare neenergetice utilizate în bateriile litiu-ion poate îmbunătăți semnificativ anumite performanțe ale bateriei, iar aceste cantități mici se numesc aditivi. Aditivii organici pentru electroliți au caracteristicile remarcabile ale&"; doză mică (în general mai mică de 5% în volum sau raport de masă) și efect rapid GG", care pot îmbunătăți semnificativ unele proprietăți macroscopice ale bateriilor litiu-ion fără a crește costul bateria []. Aditivii trebuie să aibă, în general, următoarele caracteristici:
(1) Una sau mai multe performanțe ale bateriei pot fi îmbunătățite cu o utilizare mai redusă;
(2) Nu are efecte secundare asupra performanței bateriei și nu provoacă reacții adverse cu alte materiale care constituie bateria;
(3) Are o bună compatibilitate cu electrolitul organic și cel mai bine este să fie ușor solubil în solvent;
(4) Prețul este relativ scăzut, fără toxicitate sau toxicitate scăzută; în prezent, cercetarea aditivilor pentru electroliți ai bateriilor litiu-ion se concentrează în principal pe următoarele aspecte:
(1) Îmbunătățiți stabilitatea filmului SEI [7073);
(2) Îmbunătățiți performanța de siguranță a bateriei [4-70;
(3) Controlați conținutul de acid și apă din electrolit;
(4) Îmbunătățiți conductivitatea electrolitului [8-7 până la.
1. Aditivi pentru îmbunătățirea stabilității filmului SEI al bateriilor litiu-ion
Pelicula SEl (Solid Electrolyte Interface), adică pelicula de interfață a fazei electrolitului solid, este o peliculă de pasivare formată pe suprafața electrodului negativ al bateriei litiu-ion pentru izolarea electrolitului din materialul carbon / electrod negativ litiu. Filmul SEl se formează în timpul ciclului inițial al bateriei litiu-ion. Sub un anumit potențial, la interfața negativă electrod / electrolit, moleculele de solvent organic, anionii de sare de litiu, impuritățile și aditivii suferă descompunere reductivă pentru a forma substanțe insolubile și a se depune pe suprafața electrodului.
Aditivii formatori de film sunt împărțiți în aditivi formatori de filme organice și aditivi formatori de filme anorganici.
Aditivii organici care formează pelicule includ aditivi sulfit, aditivi subalun și aditivi sulfonat.
Aditivii utilizați în mod obișnuit pentru sulfit includ vinii sulfit (ES), propilen sulfit (PS), dimetil sulfit (DMS), dietil sulfit (DES) etc. 18]. Componentele principale ale filmului SEI format prin reducerea și descompunerea aditivilor sulfitici pe suprafața electrodului negativ la carbon sunt sărurile anorganice LizS, LizSO; sau LiuSO și săruri organice ROSO2Lil81]. Compoziția specifică este, de asemenea, legată de densitatea curentului. Sub densitate mare de curent, este generată mai întâi sare anorganică de litiu.
Componenta organică a sării de litiu apare doar sub 0,5V; la densitate scăzută de curent, sarea organică de litiu precipită la 1,5 V și apoi nu se formează sare anorganică. Rezistența filmului diferiților aditivi sulfitici la interfața anodului de carbon este ES> PS2DMS> DES.
Aditivii pentru substanțe 28 includ subsulfat de dimetil (DMSO), subsil de butil, subsil de etil metil (EMS), subsulfat de ciclopropil (TriMS), 1-metilciclopropil subsulfat (MTS), etil sec-butil sulfit (EsBS), etil izobutil sulfit (EiPS) și 3,3,3-trifluoropropilmetil sulfit (FPMS) etc.
2. Aditivi pentru îmbunătățirea performanței de siguranță a bateriilor litiu-ion
Problemele de siguranță sunt o condiție prealabilă importantă pentru inovația pieței bateriilor litiu-ion, în special aplicațiile pentru vehiculele electrice și alte domenii propun cerințe mai înalte și mai noi pentru siguranța bateriei. Bateriile secundare litiu-ion emit multă căldură atunci când sunt supraîncărcate și descărcate, scurtcircuitate și funcționează mult timp cu curenți mari. Această căldură devine un pericol de siguranță pentru electroliții inflamabili, care pot provoca defecțiuni termice catastrofale (fuga termică) sau chiar explozie a bateriei [8]. Adăugarea de aditivi ignifugi poate transforma electrolitul organic inflamabil într-un electrolit neinflamabil sau neinflamabil, reduce valoarea de eliberare a căldurii bateriei&# 39 și rata de autoîncălzire a bateriei și, de asemenea, crește stabilitatea termică a electrolit în sine pentru a preveni supraîncălzirea bateriei. Arsură sau explozie sub.
3. Aditivi pentru controlul conținutului de acid și apă din electrolitul bateriilor litiu-ion
Urmele de apă și HF din electrolitul organic au un anumit efect asupra formării filmului excelent de SEl, care poate fi văzut din reacția solvenților precum EC și PC la interfața electrodului. Dar un conținut prea mare de apă și acid (HF) nu va duce doar la LiPF. Descompunerea și va distruge filmul SEI [8]. Când AlbO3, MgO, Bao și litiu sau carbonați de calciu sunt adăugați ca aditivi la electrolit, aceștia vor reacționa cu o cantitate mică de HF în electrolit, vor reduce conținutul de HF și vor preveni deteriorarea electrodului și descompunerea LiPF6. cataliza electrolitului îmbunătățește stabilitatea electrolitului, îmbunătățind astfel performanța bateriei. Cu toate acestea, aceste substanțe îndepărtează lent HF, astfel încât este dificil să se prevină deteriorarea performanței bateriei. Deși unii compuși anhidridi acizi pot elimina rapid HF, ei vor produce și alte substanțe acide care afectează performanța bateriei. Compușii alcan diiminici pot forma legături slabe de hidrogen cu moleculele de apă prin atomii de hidrogen din moleculă, prevenind astfel apa și LiPF. Reacția produce HF.
4. Aditivi conductivi
Conductivitatea ridicată a electrolitului este o garanție importantă pentru reducerea rezistenței la migrare a Lit și îmbunătățirea performanței de încărcare și descărcare a bateriei. Rolul aditivului conductiv este acela că molecula aditivă și ionul electrolit suferă o reacție de coordonare pentru a promova dizolvarea și ionizarea sării de litiu, pentru a reduce raza de solvabilitate a ionului de litiu solvat și pentru a preveni co-intercalarea solventului de a deteriora electrod. Conform interacțiunii sale cu ionii electroliți din electrolit, acesta poate fi împărțit în tip de interacțiune cationică (ligand cationic), tip interacțiune anionică (ligand anionic) și tip interacțiune ion ionic electrolitic (ligand neutru il).
5. Aditivi pentru îmbunătățirea performanței la temperatură scăzută
Performanța la temperaturi scăzute este unul dintre factorii importanți în lărgirea gamei de utilizare a bateriilor litiu-ion și este, de asemenea, o necesitate în tehnologia aerospațială actuală. N, N-Dimetiltrifluoroacetamida are vâscozitate scăzută (1,09mPa-s, 25 ℃), punct de fierbere ridicat (135 ℃) și punct de aprindere (72 ℃). Are o bună capacitate de formare a filmului pe suprafața grafitului. Electrodul pozitiv are, de asemenea, o bună stabilitate la oxidare, iar bateria asamblată are o performanță excelentă a ciclului la temperaturi scăzute. Borurile organice și carbonații care conțin fluor contribuie, de asemenea, la îmbunătățirea performanței bateriei la temperatură scăzută.
6. Aditivi multifuncționali
Aditivii care au două sau mai multe funcții în același timp se numesc aditivi multifuncționali. Aditivii multifuncționali sunt aditivi ideali pentru bateriile litiu-ion. Pot îmbunătăți performanța electroliților în multe moduri și joacă un rol important în îmbunătățirea performanței electrochimice generale a bateriilor litiu-ion. Acestea devin direcția principală de cercetare și dezvoltare a aditivilor în viitor.
De fapt, unii dintre aditivii existenți sunt în sine aditivi multifuncționali. Cum ar fi 12-coroană-4 eter / 8] După adăugarea solventului PC, îmbunătățind în același timp conductivitatea Li în sine, efectul electrofil al ligandului coroanei pe suprafața electrodului face ca Li să reacționeze cu moleculele de solvent la interfața electrodului foarte redusă . Efectul preferențial de solvatare al eterului coroanei asupra Li inhibă co-inserarea moleculelor de PC, iar membrana SEI a interfeței de electroliză este optimizată, ceea ce reduce prima pierdere de capacitate ireversibilă a electrodului. În plus, solvenții organici fluorurați, esteri de fosfați halogenați, cum ar fi BTE și TTFP etc., adăugați la electrolit nu numai că ajută la formarea unui film SEl excelent, dar au și un anumit sau chiar evident efect ignifug asupra electrolitului, care îmbunătățește multe aspecte ale bateriei. performanţă.
