En liten mengde ikke-energilagringsmaterialer som brukes i litium-ion-batterier, kan forbedre batteriets visse ytelse betydelig, og disse små mengdene kalles tilsetningsstoffer. De organiske elektrolytttilsetningene har de enestående egenskapene til "lav dosering (vanligvis mindre enn 5% etter volum eller masseforhold) og rask effekt", noe som kan forbedre noen makroskopiske egenskaper til litium-ion-batterier betydelig uten å øke kostnadene for batteriet []. Tilsetningsstoffer bør generelt ha følgende egenskaper:
(1) En eller flere ytelser av batteriet kan forbedres med mindre bruk;
(2) Den har ingen bivirkninger på batteriets ytelse og forårsaker ikke bivirkninger med andre materialer som utgjør batteriet;
(3) Den har god kompatibilitet med organisk elektrolytt, og det er best å være lett løselig i løsningsmiddel;
(4) Prisen er relativt lav, ingen toksisitet eller lav toksisitet; For tiden fokuserer forskningen på litiumionbatterielektrolytttilsetninger hovedsakelig på følgende aspekter:
(1) Forbedre stabiliteten til SEI-filmen [7073);
(2) Forbedre sikkerhetsytelsen til batteriet [4-70;
(3) Kontroller syre- og vanninnholdet i elektrolytten;
(4) Forbedre ledningsevnen til elektrolytten [8-7 til.
1. Tilsetningsstoffer for å forbedre stabiliteten til SEI-filmen til litium-ion-batterier
SEl (Solid Electrolyte Interface) filmen, det vilt den faste elektrolyttfasegrensesnittfilmen, er en passivasjonsfilm dannet på overflaten av litiumionbatteriets negative elektrode for å isolere elektrolytten fra karbonmaterialet / litiumnegative elektroden. SEl-filmen dannes under den første syklingen til litium-ion-batteriet. Under et visst potensial gjennomgår organiske løsningsmiddelmolekyler, litiumsaltioner, urenheter og tilsetningsstoffer reduktiv dekomponering for å danne uoppløselige stoffer og avleiringer på elektrodeoverflaten.
Filmdannende tilsetningsstoffer er delt inn i organiske filmdannende tilsetningsstoffer og uorganiske filmdannende tilsetningsstoffer.
Organiske filmdannende tilsetningsstoffer inkluderer sulfitttilsetninger, sub-alum tilsetningsstoffer og sulfonattilsetninger.
Ofte brukte sulfitttilsetninger inkluderer vinylsulfitt (ES), profylengsulfitt (PS), dimetylsulfitt (DMS), dietylsulfitt (DES), etc. 18]. Hovedkomponentene i SEI-filmen dannet av reduksjon og dekomponering av sulfitttilsetninger på overflaten av karbonnegative elektroden er uorganiske salter LizS, LizSO; eller LiuSO, og organiske salter ROSO2Lil81]. Den spesifikke sammensetningen er også relatert til den nåværende tettheten. Under høy strømtetthet genereres uorganisk litiumsalt først.
Den organiske litiumsaltkomponenten vises bare under 0,5 V; Ved lav strømtetthet utfelles det organiske litiumsaltet ved 1,5 V, og deretter dannes det ikke uorganisk salt. Filmstyrken til forskjellige sulfitttilsetninger ved grensesnittet til karbonanode er ES>PS2DMS>DES.
Substanstilsetninger 28 inkluderer dimetylsulfat (DMSO), butyl subsinusin, etylmetyl subsulfat (EMS), cyklopropyl subsulfat (TriMS), 1-metylcyklopropyl subsulfat (MTS), Etyl sek-butylsulfitt (EsBS), etylisylsulfitt (EiPS) og 3,3,3-trifluoropropylmetylsulfitt (FPMS), etc.
2. Tilsetningsstoffer for å forbedre sikkerhetsytelsen til litium-ion-batterier
Sikkerhetsspørsmål er en viktig forutsetning for innovasjonen av litium-ion-batterimarkedet, spesielt applikasjoner i elbiler og andre felt som stiller høyere og nyere krav til batterisikkerhet. Sekundære litium-ion-batterier avgir mye varme når de er overladet og utladet, kortsluttet og jobber lenge med store strømmer. Denne varmen blir en sikkerhetsrisiko for brannfarlige elektrolytter, noe som kan føre til katastrofal termisk sammenbrudd (termisk runaway) eller til og med batterieksplosjon [8]. Tilsetningen av flammehemmende tilsetningsstoffer kan gjøre den brannfarlige organiske elektrolytten til en ikke-brennbar eller ikke-brennbar elektrolytt, redusere batteriets varmeutløsningsverdi og batteriets selvoppvarmingshastighet, og også øke den termiske stabiliteten til selve elektrolytten for å forhindre at batteriet overopphetes. Brenning eller eksplosjon under.
3. Tilsetningsstoffer for å kontrollere syre- og vanninnholdet i elektrolytten til litium-ion-batterier
Spormengdene av vann og HF i organisk elektrolytt har en viss effekt på dannelsen av den utmerkede SEl-filmen, som kan ses fra reaksjonen av løsningsmidler som EC og PC ved elektrodegrensesnittet. Men for høyt innhold av vann og syre (HF) vil ikke bare føre til LiPF. Dekomponering, og vil ødelegge SEI-filmen [8]. Når AlbO3, MgO, Bao og litium- eller kalsiumkarbonater tilsettes som tilsetningsstoffer til elektrolytten, vil de reagere med en liten mengde HF i elektrolytten, redusere HF-innholdet og forhindre skade på elektroden og nedbrytningen av LiPF6 Katalysen av elektrolytten forbedrer stabiliteten til elektrolytten, og forbedrer dermed batteriytelsen. Disse stoffene er imidlertid trege med å fjerne HF, så det er vanskelig å forhindre at HF skader batteriytelsen. Selv om noen syreanhydridforbindelser raskt kan fjerne HF, vil de også produsere andre sure stoffer som skader batteriets ytelse. Alkaniske diimineforbindelser kan danne svake hydrogenbindinger med vannmolekyler gjennom hydrogenatomer i molekylet, og dermed forhindre vann og LiPF. Reaksjonen produserer HF.
4. Ledende tilsetningsstoffer
Elektrolyttens høye ledningsevne er en viktig garanti for å redusere migrasjonsmotstanden til Lit og forbedre batteriets lade- og utladningsytelse. Rollen til det ledende tilsetningsstoffet er at additivmolekylet og elektrolyttionen gjennomgår en koordineringsreaksjon for å fremme oppløsning og iionisering av litiumsaltet, redusere oppløsningsradiusen til den oppløste litiumionen og forhindre at løsningsmidlets ko-interkalering skader elektroden. I henhold til samspillet med elektrolyttioner i elektrolytten, kan den deles inn i kationinteraksjonstype (kationligand), anioninteraksjonstype (anionligand) og elektrolyttioninteraksjonstype (nøytral ligand yl).
5. Tilsetningsstoffer for å forbedre ytelsen ved lave temperaturer
Lavtemperaturytelse er en av de viktige faktorene for å utvide bruksområdet for litium-ion-batterier, og det er også et must i dagens luftfartsteknologi. N,N-Dimetyltrifluoroacetamid har lav viskositet (1,09 mPa-s, 25 °C), høyt kokepunkt (135 °C) og flammepunkt (72 °C). Den har god filmdannende evne på overflaten av grafitt. Den positive elektroden har også god oksidasjonsstabilitet, og det monterte batteriet har utmerket syklusytelse ved lave temperaturer. Organiske borider og fluorholdige karbonater bidrar også til forbedring av batteriets ytelse ved lave temperaturer.
6. Multifunksjonelle tilsetningsstoffer
Tilsetningsstoffer som har to eller flere funksjoner samtidig kalles multifunksjonelle tilsetningsstoffer. Multifunksjonelle tilsetningsstoffer er ideelle tilsetningsstoffer for litium-ion-batterier. De kan forbedre ytelsen til elektrolytter på mange måter og spille en fremtredende rolle i å forbedre den generelle elektrokjemiske ytelsen til litium-ion-batterier. De blir hovedretningen for forskning og utvikling av tilsetningsstoffer i fremtiden.
Faktisk er noen av de eksisterende tilsetningsstoffene selv multifunksjonelle tilsetningsstoffer. Slik som 12-krone-4 eter /8] Etter å ha tilsuppet PC-løsningsmiddel, samtidig som ledningsevnen til Li selv forbedres, gjør den elektrofile effekten av kronens ligand på elektrodeoverflaten muligheten for at Li reagerer med løsningsmiddelmolekyler ved elektrodegrensesnittet sterkt redusert. Den foretrukne solveringseffekten av kroneeter på Li hemmer saminnsetting av PC-molekyler, og SEI-membranen i elektrolysegrensesnittet er optimalisert, noe som reduserer det første irreversible kapasitetstapet av elektroden. I tillegg bidrar fluoriserte organiske løsningsmidler, halogenerte fosfatstere som BTE og TTFP, etc. til elektrolytten ikke bare til å danne en utmerket SEl-film, men har også en viss eller til og med åpenbar flammehemmende effekt på elektrolytten, noe som forbedrer mange aspekter av batteriet. prestasjon.
