Een kleine hoeveelheid niet-energetische opslagmaterialen die in lithium-ionbatterijen worden gebruikt, kan bepaalde prestaties van de batterij aanzienlijk verbeteren, en deze kleine hoeveelheden worden additieven genoemd. De organische elektrolytadditieven hebben de uitstekende kenmerken van "lage dosering (over het algemeen minder dan 5% in volume of massaverhouding) en snel effect", wat sommige macroscopische eigenschappen van lithium-ionbatterijen aanzienlijk kan verbeteren zonder de kosten van de batterij te verhogen []. Additieven moeten over het algemeen de volgende kenmerken hebben:
(1) Een of meerdere prestaties van de batterij kunnen worden verbeterd met minder gebruik;
(2) Het heeft geen bijwerkingen op batterijprestaties en veroorzaakt geen bijwerkingen met andere materialen die de batterij vormen;
(3) Het heeft goede verenigbaarheid met organisch elektrolyt, en het is het beste om gemakkelijk oplosbaar in oplosmiddel te zijn;
(4) De prijs is relatief laag, geen toxiciteit of lage toxiciteit; op dit moment richt het onderzoek naar elektrolytadditieven voor lithium-ionbatterijen zich voornamelijk op de volgende aspecten:
(1) Verbetering van de stabiliteit van SEI-folie [7073);
(2) Verbeter de veiligheidsprestaties van de batterij [4-70;
(3) Controleer het zuur- en watergehalte in het elektrolyt;
(4) Verbeter de geleidbaarheid van het elektrolyt [8-7 tot.
1. Additieven om de stabiliteit van de SEI-film van lithium-ionbatterijen te verbeteren
De SEl (Solid Electrolyte Interface) film, dat wil zeggen de vaste elektrolyt fase interface film, is een passiveringsfilm gevormd op het oppervlak van de negatieve elektrode van de lithium-ion batterij om het elektrolyt te isoleren van het koolstofmateriaal / lithium negatieve elektrode. De SEl-film wordt gevormd tijdens de eerste cycli van de lithium-ionbatterij. Onder een bepaald potentieel, op de negatieve elektrode/elektrolyt interface, ondergaan organische oplosmiddelmoleculen, lithiumzout anionen, onzuiverheden en additieven reductieve afbraak om onoplosbare stoffen en afzetting op het elektrodeoppervlak te vormen.
Filmvormende additieven zijn onderverdeeld in organische filmvormende additieven en anorganische filmvormende additieven.
Organische filmvormende additieven omvatten sulfietadditieven, sub-aluinadditieven en sulfonaatadditieven.
Veelgebruikte sulfietadditieven zijn vinylsulfiet (ES), propyleensulfiet (PS), dimethylsulfiet (DMS), diethylsulfiet (DES), enz. De belangrijkste componenten van de SEI-film gevormd door de reductie en afbraak van sulfietadditieven op het oppervlak van de koolstofnegatieve elektrode zijn anorganische zouten LizS, LizSO; of LiuSO, en organische zouten ROSO2Lil81]. De specifieke samenstelling is ook gerelateerd aan de huidige dichtheid. Bij een hoge stroomdichtheid wordt eerst anorganisch lithiumzout gegenereerd.
De organische lithiumzoutcomponent verschijnt alleen onder 0,5 V; bij een lage stroomdichtheid stort het organische lithiumzout neer op 1,5 V en wordt er geen anorganisch zout gevormd. De filmsterkte van verschillende sulfietadditieven op het snijvlak van koolstofanode is ES>PS2DMS>DES.
Stofadditieven 28 omvatten dimethylsubsulfaat (DMSO), butylsubsine, ethylmethylsubsine (EMS), cyclopropylsubsulfaat (TriMS), 1-methylcyclopropylsubsulfaat (MTS), Ethyl sec-butylsulfiet (EsBS), ethylisobutylsulfiet (EiPS) en 3,3,3-trifluorpropylmethylsulfiet (FPMS), enz.
2. Additieven om de veiligheidsprestaties van lithium-ionbatterijen te verbeteren
Veiligheidskwesties zijn een belangrijke voorwaarde voor de innovatie van de markt voor lithium-ionbatterijen, met name toepassingen in elektrische voertuigen en andere gebieden die hogere en nieuwere eisen voor batterijveiligheid stellen. Secundaire lithium-ionbatterijen geven veel warmte af wanneer ze worden overladen en ontladen, kortgesloten en lange tijd met grote stromen werken. Deze warmte wordt een veiligheidsrisico voor ontvlambare elektrolyten, die catastrofale thermische afbraak (thermische runaway) of zelfs batterijexplosie kunnen veroorzaken [8]. De toevoeging van vlamvertragende additieven kan het ontvlambare organische elektrolyt veranderen in een niet-ontvlambaar of niet-ontvlambaar elektrolyt, de warmteafgiftewaarde van de batterij en de zelfverwarmingssnelheid van de batterij verminderen en ook de thermische stabiliteit van het elektrolyt zelf verhogen om oververhitting van de batterij te voorkomen. Branden of explosie onder.
3. Additieven om het zuur- en watergehalte in het elektrolyt van lithium-ionbatterijen te regelen
De sporen van water en HF in het organische elektrolyt hebben een bepaald effect op de vorming van de uitstekende SEl-film, wat te zien is aan de reactie van oplosmiddelen zoals EC en PC op de elektrode-interface. Maar een te hoog gehalte aan water en zuur (HF) zal niet alleen leiden tot LiPF. Ontbinding, en zal de film SEI vernietigen [8]. Wanneer AlbO3, MgO, Bao en lithium- of calciumcarbonaten als additieven aan het elektrolyt worden toegevoegd, zullen ze reageren met een kleine hoeveelheid HF in het elektrolyt, het HF-gehalte verminderen en de schade aan de elektrode en afbraak van LiPF6 voorkomen De katalyse van het elektrolyt verbetert de stabiliteit van het elektrolyt, waardoor de batterijprestaties worden verbeterd. Deze stoffen zijn echter traag om HF te verwijderen, dus het is moeilijk om te voorkomen dat HF de batterijprestaties beschadigt. Hoewel sommige zure anhydrideverbindingen HF snel kunnen verwijderen, zullen ze ook andere zure stoffen produceren die de batterijprestaties beschadigen. Alkane diimineverbindingen kunnen zwakke waterstofbindingen vormen met watermoleculen via waterstofatomen in het molecuul, waardoor water en LiPF worden voorkomen. De reactie produceert HF.
4. Geleidende additieven
De hoge geleidbaarheid van het elektrolyt is een belangrijke garantie voor het verminderen van de migratieweerstand van Lit en het verbeteren van de laad- en ontlaadprestaties van de batterij. De rol van het geleidende additief is dat het additieve molecuul en het elektrolytion een coördinatiereactie ondergaan om de oplossing en ionisatie van het lithiumzout te bevorderen, de oplosbaarheidsradius van het opgeloste lithium-ion te verminderen en te voorkomen dat de oplosmiddelco-intercalatie de elektrode beschadigt. Volgens zijn interactie met elektrolytionen in het elektrolyt, kan het worden onderverdeeld in kation interactietype (kation ligand), anion interactie type (anion ligand) en elektrolyt ion interactie type (neutrale ligand yl).
5. Additieven om lage temperatuurprestaties te verbeteren
Lage temperatuurprestaties zijn een van de belangrijke factoren bij het verbreden van het gebruiksbereik van lithium-ionbatterijen, en het is ook een must-have in de huidige lucht- en ruimtevaarttechnologie. N,N-Dimethyltrifluoracetamide heeft een lage viscositeit (1,09 mPa-s, 25°C), hoog kookpunt (135°C) en vlampunt (72°C). Het heeft een goed filmvormend vermogen op het oppervlak van grafiet. De positieve elektrode heeft ook een goede oxidatiestabiliteit en de geassembleerde batterij heeft uitstekende cyclusprestaties bij lage temperaturen. Organische boriden en fluorhoudende carbonaten zijn ook bevorderlijk voor de verbetering van de prestaties op lage temperatuur van de batterij.
6. Multifunctionele additieven
Additieven die twee of meer functies tegelijkertijd hebben, worden multifunctionele additieven genoemd. Multifunctionele additieven zijn ideale additieven voor lithium-ionbatterijen. Ze kunnen de prestaties van elektrolyten op vele manieren verbeteren en een prominente rol spelen bij het verbeteren van de algehele elektrochemische prestaties van lithium-ionbatterijen. Zij worden in de toekomst de belangrijkste richting van onderzoek en ontwikkeling van additieven.
In feite zijn sommige van de bestaande additieven zelf multifunctionele additieven. Zoals 12-crown-4 ether/8] Na het toevoegen van PC-oplosmiddel, terwijl de geleidbaarheid van Li zelf wordt verbeterd, maakt het elektrofiele effect van de kroonligand op het elektrodeoppervlak de mogelijkheid dat Li reageert met oplosmiddelmoleculen op de elektrodeinterface sterk verminderd. Het preferentiële oplosbaarheidseffect van kroonether op Li remt het mede-inbrengen van PC-moleculen en het SEI-membraan van de elektrolyse-interface is geoptimaliseerd, wat het eerste onomkeerbare capaciteitsverlies van de elektrode vermindert. Bovendien helpen gefluoreerde organische oplosmiddelen, gehalogeneerde fosfaatesters zoals BTE en TTFP, enz. die aan het elektrolyt worden toegevoegd, niet alleen om een uitstekende SEl-film te vormen, maar hebben ze ook een bepaald of zelfs duidelijk vlamvertragend effect op het elektrolyt, wat veel aspecten van de batterij verbetert. voorstelling.
