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解析鋰離子電池電解液添加劑

鉅大LARGE  |  點擊量:1776次  |  2021年02月03日  

1、含硼添加劑


含硼化合物經常作為添加劑應用到不同正極材料的鋰離子電池中,在電池循環過程中,很多含硼化合物會在正極表面形成保護膜,來穩定電極/電解液之間的界面,從而提高電池性能。考慮到含硼化合物的這一獨特性能,眾多學者開始嘗試將其應用到高壓鋰離子電池中,來增強正極界面穩定性。


2、有機磷添加劑


根據前線軌道能量與電化學穩定性的關系:分子的HOMO越高,軌道中的電子越不穩定,氧化性越好:分子的LUMO越低,越容易得電子,還原性越好。目前所用的有機磷類添加劑還包括磷酸酯類化合物。XIA等將三烯丙基磷酸酯(TAP)添加劑應用到Li[Ni0.42Mn0.42Co0.16]O2(NMC442)石墨全電池中,發現當有TAP存在時會顯著提高庫侖效率,長時間循環后,仍然具有很高的容量保持。XPS結果表明,在循環過程中,烯丙基可能會發生交聯電聚合反應,得到的產物覆蓋到電極表面,形成均勻的SEI膜。


3、碳酸酯類添加劑


含氟皖基(PFA)化合物具有很高的電化學穩定性,同時具備疏水性與疏油性的特性,當PFA添加到有機溶劑中,疏溶劑的PFA會凝聚到一起形成膠團。由于PFA的這一特性,ZHU等嘗試將全氟烴基(下圖中TEM-EC、PFB-EC、PFH-EC、PFO-EC)取代的碳酸亞乙酯添加到高壓鋰離子電池電解液中,關于Li1.2Ni0.15Mn0.55Co0.1O2石墨電池,當加入0.5%(質量分數)的PFO-EC后,電池在長時間循環過程中性能明顯提高,這重要是因為添加劑在循環過程中形成了雙層的鈍化膜,同時減少電極表面的降解與電解液的氧化分解。


4、含硫添加劑


近年來,將有機磺酸酯作為添加劑應用到鋰離子電池中的報道很多。PIRES將1,3-丙磺酸內酯(PS)加入到高壓鋰離子電池電解液中,有效抑制了電極表面副反應的發生以及金屬離子的溶解。ZHENG等用二甲磺酰甲烷(DMSM)作為高壓LiNil/3Col/3Mn1/3O2石墨電池電解液添加劑,XPS、SEM以及TEM分析結果表明,MMDS的存在對正極SEI膜具有很好的修飾用途,即使在高壓下也能顯著降低電極/電解液界面阻抗,提高正極材料的循環穩定性。此外,HUANG等分別研究了三氟甲基苯硫醚(PTS)添加劑在高壓鋰離子電池室溫及高溫下的循環性能。理論計算數據與實驗結果分析得出,在循環過程中PTS比溶劑分子優先被氧化,形成的SEI膜提高了電池在高電壓下的循環穩定性。此外,一些噻吩及其衍生物也被考慮作為高壓鋰離子電池添加劑使用,當加入這些添加劑后,會在正極表面形成聚合物膜,防止了電解液在高壓下的氧化分解。


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