Новите адитиви ги подобруваат перформансите на ниските температури на литиум-јонските батерии

Слика 1 е процес на синтетизирање на адитивот.Главно, јонскиот течен молекуларен синџир се пресадува на наносферата на полиметил метакрилат (PMMA) со реакција за да се формира главна структура слична на четка, а потоа структурата се дисперзира во етил ацетат (MA).И нов електролитен систем се формира во мешан растворувач на пропилен карбонат (PC).Како што е прикажано на слика 2а, спроводливоста на електролитот се намалува како што температурата се намалува, а спроводливоста на електролитот што содржи етил ацетат е многу повисока од онаа на електролитот користејќи само пропилен карбонат како растворувач, бидејќи релативно ниската точка на замрзнување ( -96 ° C) и вискозноста (0,36 cp) на етил ацетат го промовираат брзото движење на јоните на литиум при ниски температури.Од сл. 2б може да се види дека вискозноста на електролитот ќе се зголеми по додавањето на дизајнираниот додаток (PMMA-IL-TFSI), но зголемувањето на вискозноста не влијае на спроводливоста на електролитот.Интересно, додавањето на адитивот резултира со значително зголемување на спроводливоста на електролитот.Ова се должи на: 1) Јонската течност го инхибира зацврстувањето на електролитот при ниски температури.Ефектот на пластификација предизвикан од присуството на јонска течност ја намалува температурата на транзиција на стаклената фаза на електролитниот систем (сл. 2в), така што јонската спроводливост е полесна при ниски температурни услови;2) Структурата на микросферата PMMA пресадена со јонска течност може да се смета како „едно-јонски проводник“.Додавањето на адитивот во голема мера го зголемува количеството на слободно движечките јони на литиум во електролитниот систем, а со тоа ја зголемува спроводливоста на електролитот на собна температура, како и при ниски температури.

Слика 1. Синтетички пат за адитиви.

Слика 2. (а) Спроводливоста на електролитот во функција на температурата.(б) Вискозност на електролитниот систем на различни температури.(в) DSC анализа.

Последователно, авторите ги споредија електрохемиските перформанси на два електролитни системи кои содржат адитиви и без адитиви при различни услови на ниска температура.Од сл. 3 може да се види дека по циркулирање на 90 циклуси со густина на струја од 0,5 C, нема значителна разлика во капацитетот на двата електролитни системи на 20 °C.Како што се намалува температурата, електролитот што го содржи адитивот покажува супериорни перформанси на циклусот отколку електролитот без адитив.На 0 °C, -20 °C и -40 °C, капацитетот на електролитот што го содржи адитивот по возењето на велосипед може да достигне 107, 84 и 48 mA / g, што е значително повисок од капацитетот на електролитот без адитиви по циклирање на различни температури (соодветно На 94, 40 и 5 mA/g), а кулумбиската ефикасност по 90 циклуси на електролитот што го содржи адитивот остана на 99,5%.Слика 4 ги споредува перформансите на брзината на двата системи на 20 ° C, -20 ° C и -40 ° C. Намалувањето на температурата предизвикува намалување на капацитетот на батеријата, но по додавањето на адитивот, стапката перформансите на батеријата се значително подобрени.На пример, на -20 ° C, батеријата што го содржи адитивот сè уште може да достигне капацитет од 38 mA/g при густина на струја од 2 C, додека батеријата без додатокот не работи правилно на 2 C.

Слика 3. Циклични перформанси и куломбична ефикасност на батеријата на различни температури: (а, в) адитиви што содржат електролит;(б, г) електролит без адитиви.

Слика 4. Стапка на перформансите на батеријата на различни температури: (а, б, в) електролит со адитиви;(г, д, ѓ) електролит без адитиви.

Конечно, авторите дополнително ги истражуваа основните механизми со SEM набљудување и EIS тестирање и ги разјаснија можните причини за присуството на адитиви за да се направи батеријата да покажува одлични електрохемиски перформанси при ниски температури: 1) PMMA-IL-TFSI структурата го инхибира зацврстувањето на електролитот и Зголемувањето на количеството на слободно движење на јони на литиум во системот прави електролитот значително да се зголемува при ниски температури;2) зголемувањето на слободно движечките јони на литиум го успорува ефектот на поларизација за време на полнење и празнење, со што се формира стабилен SEI филм;3) присуство на јонски течности SEI филмот е попроводлив и го промовира минувањето на јоните на литиум низ филмот SEI, како и брз пренос на полнеж.Од слика 5 може да се види дека SEI филмот формиран од електролитниот систем кој го содржи адитивот е постабилен и поцврст и нема очигледни оштетувања и пукнатини по циклусот, а електролитот и електродата дополнително се реагира.Со анализа на EIS (слика 6), наспроти тоа, електролитните системи кои содржат адитиви имаат помал RSEI и помал RCT, што укажува на помал отпор на јони на литиум преку SEI мембраната и побрза миграција од SEI до електродата.

Слика 5. SEM фотографија од литиумскиот лист по завршувањето на циклусот на -20 ° C (a, c, d, f) и -40 ° C (b, e): (a, b, c) содржи адитиви;(г, д, ѓ) не содржи адитиви.

Слика 6. EIS тест на различни температури.

Статијата е објавена во меѓународно реномираното списание ACS Applied Energy Materials.Главната работа ја заврши д-р Ли Јанг, првиот автор на трудот.