En liten mängd icke-energilagringsmaterial som används i litiumjonbatterier kan avsevärt förbättra batteriets prestanda, och dessa små mängder kallas tillsatser. De organiska elektrolyttillsatserna har de enastående egenskaperna hos "låg dosering (i allmänhet mindre än 5% i volym eller massaförhållande) och snabb effekt", vilket avsevärt kan förbättra vissa makroskopiska egenskaper hos litiumjonbatterier utan att öka kostnaden för batteriet []. Tillsatser bör i allmänhet ha följande egenskaper:
(1) Batteriets en eller flera prestanda kan förbättras med mindre användning.
(2) Det har inga biverkningar på batteriets prestanda och orsakar inte sidoreaktioner med andra material som utgör batteriet.
(3) Den har god kompatibilitet med organisk elektrolyt, och det är bäst att vara lättlöslig i lösningsmedel.
(4) Priset är relativt lågt, ingen toxicitet eller låg toxicitet. För närvarande fokuserar forskningen av litiumjonbatterielektrolyttillsatser främst på följande aspekter:
(1) Förbättra stabiliteten i SEI-filmen [7073).
(2) Förbättra batteriets säkerhetsprestanda [4–70;
(3) Kontrollera syra- och vattenhalten i elektrolyten.
(4) Förbättra elektrolytens ledningsförmåga [8-7 till.
1. Tillsatser för att förbättra stabiliteten hos SEI-filmen av litiumjonbatterier
SEl-filmen (Solid Electrolyte Interface), det vill säga den solida elektrolytfasgränssnittsfilmen, är en passivationsfilm som bildas på ytan av litiumjonbatteriets negativa elektrod för att isolera elektrolyten från kolmaterialet/litiumnegativa elektroden. SEl-filmen bildas under den första cyklingen av litiumjonbatteriet. Vid det negativa elektrod-/elektrolytgränssnittet genomgår organiska lösningsmedelsmolekyler, litiumsaltanjoner, föroreningar och tillsatser reduktiv nedbrytning för att bilda olösliga ämnen och deponera på elektrodytan.
Filmbildande tillsatser är indelade i organiska filmbildande tillsatser och oorganiska filmbildande tillsatser.
Organiska filmbildande tillsatser inkluderar sulittillsatser, subalumtillsatser och sulfonattillsatser.
Vanliga sulfittillsatser inkluderar vinylsulfit (ES), propylensulfit (PS), dimetylsulfit (DMS), dietylsulfit (DES), etc. 18]. Huvudkomponenterna i SEI-filmen som bildas genom minskning och nedbrytning av sulfittillsatser på ytan av den kolnegativa elektroden är oorganiska salter LizS, LizSO; eller LiuSO, och ekologiska salter ROSO2Lil81]. Den specifika kompositionen är också relaterad till den nuvarande densiteten. Under hög strömtäthet genereras först oorganiskt litiumsalt.
Den organiska litiumsaltkomponenten visas endast under 0,5V; vid låg strömtäthet fälls det organiska litiumsaltet ut vid 1,5V, och sedan bildas inget oorganiskt salt. Filmstyrkan hos olika sulfittillsatser vid gränssnittet för kolanod är ES>PS2DMS>DES.
Ämnestillsatser 28 omfattar dimetylunderulfat (DMSO), butylundergrupp. etylmetylundersulfat (EMS), cyklopropyl subsulphate (TriMS), 1-metylcyklopropyl subsulphate (MTS), Etylsek-butylsulfit (EsBS), etylisotylsulfit (EiPS) och 3,3,3-trifluoropropylmetylsulfit (FPMS), etc.
2. Tillsatser för att förbättra litiumjonbatteriernas säkerhetsprestanda
Säkerhetsfrågor är en viktig förutsättning för innovationen på marknaden för litiumjonbatterier, särskilt tillämpningar inom elfordon och andra områden som ställs högre och nyare krav på batterisäkerhet. Sekundära litiumjonbatterier avger mycket värme när de överladdas och laddas ur, kortsluts och arbetar länge med stora strömmar. Denna värme blir en säkerhetsrisk för brandfarliga elektrolyter, vilket kan orsaka katastrofal termisk nedbrytning (termisk rymd) eller till och med batteriexplosion [8]. Tillsats av flamskyddande tillsatser kan förvandla den brandfarliga organiska elektrolyten till en icke brandfarlig eller icke brandfarlig elektrolyt, minska batteriets värmeavgivningsvärde och batteriets självuppvärmningshastighet och också öka den termiska stabiliteten hos elektrolyten själv för att förhindra att batteriet överhettas. Brinner eller exploderar under.
3. Tillsatser för att kontrollera syra- och vattenhalten i elektrolyten i litiumjonbatterier
Spårmängderna av vatten och HF i den organiska elektrolyten har en viss effekt på bildandet av den utmärkta SEl-filmen, som kan ses från reaktionen av lösningsmedel som EG och PC vid elektrodgränssnittet. Men för högt vatten- och syrainnehåll (HF) leder inte bara till LiPF. Nedbrytning, och ska förstör SEI-filma [8]. När AlbO3, MgO, Bao och litium- eller kalciumkarbonat tillsätts som tillsatser till elektrolyten kommer de att reagera med en liten mängd HF i elektrolyten, minska HF-innehållet och förhindra dess skada på elektroden och nedbrytningen av LiPF6 Elektrolytens katalys förbättrar elektrolytens stabilitet och förbättrar därmed batteriets prestanda. Dessa ämnen är dock långsamma att ta bort HF, så det är svårt att förhindra att HF skadar batteriets prestanda. Även om vissa syra anhydridföreningar snabbt kan ta bort HF, kommer de också att producera andra sura ämnen som skadar batteriets prestanda. Alkane diimineföreningar kan bilda svaga vätebindningar med vattenmolekyler genom väteatomer i molekylen, vilket förhindrar vatten och LiPF. Reaktionen producerar HF.
4. Ledande tillsatser
Elektrolytens höga ledningsförmåga är en viktig garanti för att minska lits migrationsmotstånd och förbättra batteriets laddnings- och urladdningsprestanda. Den ledande tillsatsens roll är att tillsatsmolekylen och elektrolytjonen genomgår en samordningsreaktion för att främja upplösningen och joniseringen av litiumsaltet, minska solvationsradien för den solverade litiumjonen och förhindra att lösningsmedelssamkalkningen skadar elektroden. Enligt dess växelverkan med elektrolytjoner i elektrolyten kan den delas in i katjoninteraktionstyp (katjonligand), anjoninteraktionstyp (anjonligand) och elektrolytjoninteraktionstyp (neutral ligand yl).
5. Tillsatser för att förbättra låg temperaturprestanda
Lågtemperaturprestanda är en av de viktiga faktorerna för att bredda användningsområdet för litiumjonbatterier, och det är också ett måste inom nuvarande flygteknik. N,N-Dimetyltrifluoroacetamid har låg viskositet (1,09 mPa-s, 25°C), hög kokpunkt (135°C) och flampunkt (72°C). Den har god filmformningsförmåga på grafitens yta. Den positiva elektroden har också god oxidationsstabilitet, och det monterade batteriet har utmärkt cykelprestanda vid låga temperaturer. Organiska borider och fluorhaltiga karbonater bidrar också till att förbättra batteriets lågtemperaturprestanda.
6. Multifunktionella tillsatser
Tillsatser som har två eller flera funktioner samtidigt kallas multifunktionella tillsatser. Multifunktionella tillsatser är idealiska tillsatser för litiumjonbatterier. De kan förbättra elektrolyternas prestanda på många sätt och spela en framträdande roll för att förbättra den övergripande elektrokemiska prestandan hos litiumjonbatterier. De håller på att bli huvudriktningen för forskning och utveckling av tillsatser i framtiden.
Faktum är att vissa av de befintliga tillsatserna själva är multifunktionella tillsatser. Såsom 12-crown-4 eter/8] Efter tillsats av PC-lösningsmedel, samtidigt som lis konduktivitet förbättras, gör den elektrofila effekten av kronan ligand på elektrodytan möjligheten att Li reagerar med lösningsmedelsmolekyler vid elektrodgränssnittet kraftigt reducerad. Den förmånliga löseringseffekten av kroneter på Li hämmar saminsättningen av PC-molekyler, och SEI-membranet i elektrolysgränssnittet optimeras, vilket minskar den första irreversibla kapacitetsförlusten av elektroden. Dessutom hjälper fluorerade organiska lösningsmedel, halogenerade fosfatestrar som BTE och TTFP, etc. som läggs till elektrolyten inte bara att bilda en utmärkt SEl-film, men har också en viss eller till och med uppenbar flamskyddseffekt på elektrolyten, vilket förbättrar många aspekter av batteriet. föreställning.
