नए योजक लिथियम आयन बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन में सुधार करते हैं

चित्र 1 योज्य को संश्लेषित करने की एक प्रक्रिया है।मुख्य रूप से, आयनिक तरल आणविक श्रृंखला को ब्रश जैसी मुख्य संरचना बनाने के लिए प्रतिक्रिया द्वारा पॉलीमेथाइल मेथैक्रिलेट (PMMA) नैनोस्फियर पर ग्राफ्ट किया जाता है, और फिर एथिल एसीटेट (MA) में संरचना को फैलाया जाता है।और प्रोपलीन कार्बोनेट (पीसी) के मिश्रित विलायक में एक नया इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम बनता है।जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 2a, तापमान घटने के साथ इलेक्ट्रोलाइट की चालकता कम हो जाती है, और एथिल एसीटेट युक्त इलेक्ट्रोलाइट की चालकता विलायक के रूप में केवल प्रोपलीन कार्बोनेट का उपयोग करने वाले इलेक्ट्रोलाइट की तुलना में बहुत अधिक होती है, क्योंकि अपेक्षाकृत कम हिमांक बिंदु ( -96 ° C) और एथिल एसीटेट की चिपचिपाहट (0.36 cp) कम तापमान पर लिथियम आयनों की तीव्र गति को बढ़ावा देती है।यह चित्र 2बी से देखा जा सकता है कि डिज़ाइन किए गए योज्य (पीएमएमए-आईएल-टीएफएसआई) को जोड़ने के बाद इलेक्ट्रोलाइट की चिपचिपाहट बढ़ जाएगी, लेकिन चिपचिपाहट में वृद्धि इलेक्ट्रोलाइट की चालकता को प्रभावित नहीं करती है।दिलचस्प बात यह है कि एडिटिव्स को जोड़ने से इलेक्ट्रोलाइट की चालकता में काफी वृद्धि होती है।इसका कारण है: 1) आयनिक तरल कम तापमान पर इलेक्ट्रोलाइट के जमने को रोकता है।आयनिक तरल की उपस्थिति के कारण होने वाला प्लास्टिसाइजेशन प्रभाव इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम (छवि 2 सी) के ग्लास चरण संक्रमण तापमान को कम करता है, इसलिए कम तापमान की स्थिति में आयन चालन आसान होता है;2) आयनिक तरल द्वारा ग्राफ्ट किए गए पीएमएमए माइक्रोस्कोपी संरचना को "एकल-आयन कंडक्टर" माना जा सकता है।एडिटिव जोड़ने से इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम में स्वतंत्र रूप से चलने वाले लिथियम आयनों की मात्रा बहुत बढ़ जाती है, जिससे कमरे के तापमान के साथ-साथ कम तापमान पर इलेक्ट्रोलाइट की चालकता बढ़ जाती है।

चित्रा 1. एडिटिव्स के लिए सिंथेटिक मार्ग।

चित्रा 2. (ए) तापमान के एक समारोह के रूप में इलेक्ट्रोलाइट की चालकता।(बी) विभिन्न तापमानों पर इलेक्ट्रोलाइट प्रणाली की चिपचिपाहट।(सी) डीएससी विश्लेषण।

इसके बाद, लेखकों ने दो इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम के इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन की तुलना की, जिसमें अलग-अलग कम तापमान की स्थिति में एडिटिव्स और कोई एडिटिव्स नहीं थे।यह चित्र 3 से देखा जा सकता है कि 0.5 सी के वर्तमान घनत्व पर 90 चक्रों को प्रसारित करने के बाद, 20 डिग्री सेल्सियस पर दो इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम की क्षमता में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं है।जैसे ही तापमान कम होता है, एडिटिव युक्त इलेक्ट्रोलाइट एडिटिव के बिना इलेक्ट्रोलाइट की तुलना में बेहतर चक्र प्रदर्शन प्रदर्शित करता है।0 डिग्री सेल्सियस, -20 डिग्री सेल्सियस और -40 डिग्री सेल्सियस पर, साइकिल चलाने के बाद एडिटिव युक्त इलेक्ट्रोलाइट की क्षमता 107, 84 और 48 एमए / जी तक पहुंच सकती है, अलग-अलग साइकिल चलाने के बाद एडिटिव्स के बिना इलेक्ट्रोलाइट की क्षमता से काफी अधिक है। तापमान (क्रमशः 94, 40 और 5 mA/g पर), और एडिटिव युक्त इलेक्ट्रोलाइट के 90 चक्रों के बाद कूलम्बिक दक्षता 99.5% पर बनी रही।चित्रा 4 दो प्रणालियों के दर प्रदर्शन की तुलना 20 डिग्री सेल्सियस, -20 डिग्री सेल्सियस और -40 डिग्री सेल्सियस पर करता है। तापमान में कमी बैटरी की क्षमता में कमी का कारण बनती है, लेकिन अतिरिक्त जोड़ने के बाद, दर बैटरी के प्रदर्शन में काफी सुधार हुआ है।उदाहरण के लिए, -20 ° C पर, एडिटिव वाली बैटरी अभी भी 2 C के वर्तमान घनत्व पर 38 mA/g की क्षमता तक पहुँच सकती है, जबकि बिना एडिटिव वाली बैटरी 2 C पर ठीक से काम नहीं कर रही है।

चित्र 3. विभिन्न तापमानों पर बैटरी का चक्रीय प्रदर्शन और कूलॉम्बिक दक्षता: (ए, सी) इलेक्ट्रोलाइट युक्त एडिटिव्स;(बी, डी) एडिटिव्स के बिना इलेक्ट्रोलाइट।

चित्र 4. विभिन्न तापमानों पर बैटरी का प्रदर्शन दर: (ए, बी, सी) एडिटिव्स के साथ इलेक्ट्रोलाइट;(डी, ई, एफ) एडिटिव्स के बिना इलेक्ट्रोलाइट।

अंत में, लेखकों ने एसईएम अवलोकन और ईआईएस परीक्षण द्वारा अंतर्निहित तंत्र की जांच की, और कम तापमान पर बैटरी को उत्कृष्ट विद्युत रासायनिक प्रदर्शन करने के लिए एडिटिव्स की उपस्थिति के संभावित कारणों को स्पष्ट किया: 1) पीएमएमए-आईएल-टीएफएसआई संरचना इलेक्ट्रोलाइट ठोसकरण को रोकता है और सिस्टम में स्वतंत्र रूप से चलने वाले लिथियम आयनों की मात्रा बढ़ने से इलेक्ट्रोलाइट कम तापमान पर बहुत बढ़ जाता है;2) स्वतंत्र रूप से चलने वाले लिथियम आयनों की वृद्धि चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान ध्रुवीकरण प्रभाव को धीमा कर देती है, जिससे एक स्थिर एसईआई फिल्म बनती है;3) आयनिक तरल पदार्थों की उपस्थिति एसईआई फिल्म को अधिक प्रवाहकीय बनाया जाता है और एसईआई फिल्म के माध्यम से लिथियम आयनों के पारित होने के साथ-साथ तेजी से चार्ज ट्रांसफर को बढ़ावा देता है।यह चित्र 5 से देखा जा सकता है कि एडिटिव युक्त इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम द्वारा बनाई गई एसईआई फिल्म अधिक स्थिर और दृढ़ है, और चक्र के बाद कोई स्पष्ट क्षति और दरारें नहीं हैं, और इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड आगे प्रतिक्रिया करते हैं।EIS विश्लेषण द्वारा (चित्र 6), इसके विपरीत, एडिटिव युक्त इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम में छोटे RSEI और छोटे RCT होते हैं, जो कम प्रतिरोध का संकेत देते हैं लिथियम आयन एसईआई झिल्ली के पार और एसईआई से इलेक्ट्रोड में तेजी से प्रवास।

चित्रा 5. -20 डिग्री सेल्सियस (ए, सी, डी, एफ) और -40 डिग्री सेल्सियस (बी, ई) पर चक्र के अंत के बाद लिथियम शीट की एसईएम फोटो: (ए, बी, सी) में एडिटिव्स होते हैं;(डी, ई, एफ) में कोई योजक नहीं है।

चित्रा 6. विभिन्न तापमानों पर ईआईएस परीक्षण।

लेख अंतरराष्ट्रीय स्तर पर प्रसिद्ध पत्रिका एसीएस एप्लाइड एनर्जी मैटेरियल्स में प्रकाशित हुआ था।मुख्य कार्य पेपर के पहले लेखक डॉ. ली यांग द्वारा पूरा किया गया था।