Una petita quantitat de materials d'emmagatzematge no energètics utilitzats en bateries d'ions de liti poden millorar significativament cert rendiment de la bateria, i aquestes petites quantitats s'anomenen additius. Els additius electròlits orgànics tenen les característiques destacades de "dosi baixa (generalment menys del 5% per volum o relació massa) i efecte ràpid", la qual cosa pot millorar significativament algunes propietats macroscòpiques de les bateries d'ions de liti sense augmentar el cost de la bateria []. Els additius han de tenir generalment les següents característiques:
(1) Una o diverses prestacions de la bateria es poden millorar amb menys ús;
(2) No té efectes secundaris sobre el rendiment de la bateria i no provoca reaccions laterals amb altres materials que constitueixen la bateria;
(3) Té una bona compatibilitat amb l'electròlit orgànic, i el millor és ser fàcilment soluble en dissolvent;
(4) El preu és relativament baix, sense toxicitat ni baixa toxicitat; en l'actualitat, la recerca d'additius electròlits d'ions de liti se centra principalment en els següents aspectes:
(1) Millorar l'estabilitat de la pel·lícula SEI [7073);
(2) Millorar el rendiment de seguretat de la bateria [4-70;
(3) Controlar el contingut d'àcid i aigua en l'electròlit;
(4) Millorar la conductivitat de l'electròlit [8-7 a.
1. Additius per millorar l'estabilitat de la pel·lícula SEI de bateries d'ions de liti
La pel·lícula SEl (Solid Electrolyte Interface), és a dir, la pel·lícula de fase d'electròlits sòlids, és una pel·lícula de passivació formada a la superfície de l'elèctrode negatiu de la bateria d'ions de liti per aïllar l'electròlit del material de carboni / elèctrode negatiu de liti. La pel·lícula SEl es forma durant el ciclisme inicial de la bateria d'ions de liti. Sota un cert potencial, a la interfície negativa d'elèctrodes / electròlits, molècules orgàniques dissolvents, anions salins de liti, impureses i additius pateixen una descomposició reductiva per formar substàncies insolubles i dipositar en la superfície de l'elèctrode.
Els additius formadors de pel·lícules es divideixen en additius orgànics que formen pel·lícules i additius inorgànics per a la formació de pel·lícules.
Els additius orgànics que formen pel·lícules inclouen additius sulfits, additius subalum i additius sulfonats.
Els additius de sulfit d'ús comú inclouen sulfit de vinil (ES), sulfit de propilè (PS), sulfit dimetil (DMS), sulfit dietil (DES), etc. 18]. Els principals components de la pel·lícula SEI formada per la reducció i descomposició d'additius sulfits a la superfície de l'elèctrode negatiu de carboni són les sals inorgàniques LizS, LizSO; o LiuSO, i sals orgàniques ROSO2Lil81]. La composició específica també està relacionada amb la densitat actual. Sota alta densitat de corrent, primer es genera sal de liti inorgànic.
El component orgànic de sal de liti només apareix per sota de 0,5V; a baixa densitat de corrent, la sal orgànica de liti precipita a 1,5V, i llavors no es forma sal inorgànica. La força de la pel·lícula de diferents additius sulfits a la interfície de l'ànode de carboni és ES>PS2DMS>DES.
Els additius de substàncies 28 inclouen subsulfat de dimetil (DMSO), subsina butil, subsulfat de metil etílic (EMS), subsulfat de ciclopropil (TriMS), subsulfat de metilcilclopropílic 1 (MTS), sulfit de sec-butil etílic (ESBS), sulfit isobutil etílic (EiPS) i sulfur de 3,3,3-trifluoropropiltil (FPMS), etc.
2. Additius per millorar el rendiment de seguretat de les bateries d'ions de liti
Els problemes de seguretat són un requisit previ important per a la innovació del mercat de bateries d'ions de liti, especialment les aplicacions en vehicles elèctrics i altres camps plantegen requisits més alts i nous per a la seguretat de les bateries. Les bateries secundàries d'ions de liti emeten molta calor quan es carreguen i es descarreguen, curtcircuiten i funcionen durant molt de temps amb grans corrents. Aquesta calor es converteix en un perill per a la seguretat dels electròlits inflamables, que poden causar una avaria tèrmica catastròfica (fugida tèrmica) o fins i tot una explosió de bateria [8]. L'additiu retardant de flama pot convertir l'electròlit orgànic inflamable en un electròlit no inflamable o no inflamable, reduir el valor d'alliberament de calor de la bateria i la taxa d'auto-escalfament de la bateria, i també augmentar l'estabilitat tèrmica del propi electròlit per evitar el sobreescalfament de la bateria. Crema o explosió sota.
3. Additius per controlar el contingut d'àcid i aigua en l'electròlit de bateries d'ions de liti
Les quantitats de traça d'aigua i HF en l'electròlit orgànic tenen un cert efecte en la formació de l'excel·lent pel·lícula SEl, que es pot veure a partir de la reacció de dissolvents com EC i PC a la interfície d'elèctrodes. Però un contingut massa alt d'aigua i àcid (HF) no només conduirà a la LiPF. Descomposició, i destruirà la pel·lícula SEI [8]. Quan AlbO3, MgO, Bao i els carbonats de liti o calci s'afegeixin com a additius a l'electròlit, reaccionaran amb una petita quantitat d'HF en l'electròlit, reduiran el contingut d'HF i evitaran el seu dany a l'elèctrode i la descomposició de LiPF6 La catàlisi de l'electròlit millora l'estabilitat de l'electròlit, millorant així el rendiment de la bateria. No obstant això, aquestes substàncies són lentes per eliminar HF, per la qual cosa és difícil evitar que HF danyi el rendiment de la bateria. Encara que alguns compostos d'anhídrid àcid poden eliminar ràpidament HF, també produiran altres substàncies àcides que danyen el rendiment de la bateria. Els compostos de diimina alkane poden formar enllaços d'hidrogen febles amb molècules d'aigua a través d'àtoms d'hidrogen a la molècula, evitant així l'aigua i el LiPF. La reacció produeix HF.
4. Additius conductors
L'alta conductivitat de l'electròlit és una garantia important per reduir la resistència migratòria de Lit i millorar el rendiment de càrrega i descàrrega de la bateria. El paper de l'additiu conductor és que la molècula additiva i l'ió electròlit pateixen una reacció de coordinació per promoure la dissolució i ionització de la sal de liti, reduir el radi de solvació de l'ió liti solvat, i evitar que la co-intercalació dissolvent danyi l'elèctrode. Segons la seva interacció amb ions electròlits en l'electròlit, es pot dividir en tipus d'interacció cation (lligand cation), tipus d'interacció d'anió (lligand aniós) i tipus d'interacció d'ions electròlits (lligand neutre).
5. Additius per millorar el rendiment a baixa temperatura
El rendiment a baixa temperatura és un dels factors importants per ampliar el rang d'ús de bateries d'ions de liti, i també és imprescindible en la tecnologia aeroespacial actual. N,N-Dimetiltrifluoroacetamida té baixa viscositat (1,09mPa-s, 25 °C), punt d'ebullició alt (135 °C) i punt de flaix (72 °C). Té una bona capacitat de formació de pel·lícules a la superfície del grafit. L'elèctrode positiu també té una bona estabilitat d'oxidació, i la bateria muntada té un excel·lent rendiment de cicle a baixes temperatures. Els borides orgànics i els carbonats que contenen fluor també són propicis per a la millora del rendiment de la bateria a baixa temperatura.
6. Additius multifuncionals
Els additius que tenen dues o més funcions alhora s'anomenen additius multifuncionals. Els additius multifuncionals són additius ideals per a bateries d'ions de liti. Poden millorar el rendiment dels electròlits de moltes maneres i jugar un paper destacat en la millora del rendiment electroquímic general de les bateries d'ions de liti. S'estan convertint en la principal direcció de recerca i desenvolupament d'additius en el futur.
De fet, alguns dels additius existents són ells mateixos additius multifuncionals. Com 12-corona-4 èter/8] Després d'afegir dissolvent PC, alhora que millora la conductivitat del propi Li, l'efecte electròfil del lligand corona sobre la superfície de l'elèctrode fa que la possibilitat de Li reaccioni amb molècules solvents a la interfície d'elèctrodes molt reduïda. L'efecte de solvació preferent de l'èter corona a Li inhibeix la co-inserció de molècules de PC, i s'optimitza la membrana SEI de la interfície d'electròlisi, la qual cosa redueix la primera pèrdua de capacitat irreversible de l'elèctrode. A més, els dissolvents orgànics fluorats, èsters de fosfat halogenat com BTE i TTFP, etc. afegits a l'electròlit no només ajuden a formar una excel·lent pel·lícula SEl, sinó que també tenen un cert o fins i tot evident efecte retardant de flama sobre l'electròlit, que millora molts aspectes de la bateria. actuació.
