硫基電解液能夠提升NCM/石墨電池的循環(huán)性能

時間:2020-04-20 21:00來源:新能源Leader 作者:綜合報道
點(diǎn)擊:
      隨著新能源汽車?yán)m(xù)航里程的不斷增加,能量密度更高的三元材料逐漸取代了磷酸鐵鋰材料,在為電動汽車帶來更好的續(xù)航里程的同時,三元材料在循環(huán)過程中也存在過渡金屬元素溶解、應(yīng)力累積和顆粒表面晶體結(jié)構(gòu)相變等問題,導(dǎo)致三元體系的鋰離子電池在循環(huán)壽命上相比于磷酸鐵鋰體系電池有著不少的差距。
 
      電解液是改善三元體系鋰離子電池循環(huán)性能的有效方法,法國巴黎第九大學(xué)的Benjamin Flamme(第一作者)和Jolanta wiatowska(通訊作者)、Alexandre Chagnes(通訊作者)等人開發(fā)了一種基于3-甲氧基四氫噻吩1,1-二氧化物(MESL)溶劑和LiTFSI鋰鹽的電解液體系,該電解液體系使得NCM111/石墨電池在4.5V截止電壓下仍然能夠保持良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
   
       作者之前的研究表明硫基溶劑具有良好的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能,但是它們通常粘度較高,導(dǎo)致電解液的電導(dǎo)率較低。為了降低硫基電解液的粘度,作者合成了MESL溶劑。電解液的配制時通過將LiTFSI溶劑到MESL溶劑當(dāng)中,獲得1mol/L的溶液,并向其中加入FEC。
ç¡«åŸoç”μ解æ¶2能够提升NCM/çŸ3墨ç”μæ± çš„å¾açŽˉ性能
       在電解液中添加FEC的主要目的是提升負(fù)極的庫倫效率和循環(huán)性能,向MESL+LiTFSI電解液中添加1%(體積分?jǐn)?shù))的MESL后,石墨負(fù)極的循環(huán)性能和庫倫效率。除了首次充放電因為電解液的分解導(dǎo)致庫倫效率有所降低外,在隨后的循環(huán)中電池的庫倫效率都接近100%,表明電解液在負(fù)極表面形成的SEI膜很好的抑制了電解液的持續(xù)分解。但是石墨負(fù)極的容量僅為90mAh/g左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于石墨材料在碳酸酯類電解液中300mAh/g以上的容量。
 
       負(fù)極形成的SEI膜質(zhì)量較差,導(dǎo)致阻抗較高;硫基溶劑粘度過高,因此難以滲入到石墨負(fù)極的孔隙之中,因此導(dǎo)致活性物質(zhì)發(fā)揮不充分。
 
       當(dāng)FEC的添加量為1%時,NCM材料的首次充放電容量為80mAh/g,每次循環(huán)平均損失3%的容量,前五次循環(huán)的庫倫效率僅為85%-90%,5-25次循環(huán)的庫倫效率也僅為95%左右。而當(dāng)我們將FEC的添加量提高到5%后,電池的庫倫效率大幅提升,并且平均每次循環(huán)的容量損失僅為0.7%。
 
       在40℃循環(huán)時NCM電池的庫倫效率逐漸降低,這主要是因為電解液在正極表面的氧化導(dǎo)致的,而當(dāng)溫度降低到常溫后,電解液在正極材料表面的氧化作用顯著降低,因此電池的庫倫效率始終維持在較高的水平,但是NCM材料在硫基電解液中的容量發(fā)揮過低,且循環(huán)過程中衰降速度過快,以至于無法滿足實際應(yīng)用的需求。解決這一問題可以通過在電解液中添加一定量的共溶劑,降低電解液的粘度,同時保持電解液良好的抗氧化特性,其中酯類溶劑就是一種比較好的選擇。
 
       XPS分析發(fā)現(xiàn),在不添加FEC的電解液中循環(huán)后,NCM材料的Ni 2p、Mn 2p和Co 2p特征峰的強(qiáng)度出現(xiàn)了輕微的降低,而在添加FEC的電解液中循環(huán)后,NCM顆粒表面的過渡金屬元素特征峰的強(qiáng)度出現(xiàn)了顯著的降低,這些特征峰強(qiáng)度的變化主要反應(yīng)了NCM電極材料表面的SEI膜的厚度變化,這一結(jié)果表明在不添加FEC的電解液中循環(huán)后NCN材料的表面并沒有出現(xiàn)顯著的變化。
ç¡«åŸoç”μ解æ¶2能够提升NCM/çŸ3墨ç”μæ± çš„å¾açŽˉ性能
       在不添加FEC的電解液中循環(huán)后,NCM材料表面的C 1s和F 1s的特征峰并沒有出現(xiàn)顯著的變化,在S 2p上,循環(huán)后的NCM電極強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯的增加。
 
       在室溫下,添加FEC的電解液中循環(huán)后的NCM正極表面則有較為顯著的變化,其中炭黑和PVDF對應(yīng)的一些特征峰的強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯的降低,這表明材料表面形成了較厚的SEI膜,這一點(diǎn)我們也可以從C 1s的特征峰強(qiáng)度變化能夠看到。而S 2p的特征峰在這里出現(xiàn)了明顯的變化,不僅強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯的升高,還出現(xiàn)了一些新的特征峰。在40℃下循環(huán)后,NCM正極材料表面的SEI膜的厚度出現(xiàn)了明顯的降低。
 
       MESL具有良好的抗氧化性能,是一種具有潛力的高電壓電解液材料的選擇,但是在40℃下,仍然會在NCM電極表面發(fā)生較為嚴(yán)重的分解,從而導(dǎo)致NCM循環(huán)性能下降,因此需要配合其他溶劑使用。同時由于其不能在正、負(fù)極表面形成穩(wěn)定的SEI膜,同時其粘度較高,因此不能作為單一溶劑使用,需要配合一些其他低粘度的共溶劑使用。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
免責(zé)聲明:本文僅代表作者個人觀點(diǎn),與中國電池聯(lián)盟無關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本網(wǎng)證實,對本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾,請讀者僅作參考,并請自行核實相關(guān)內(nèi)容。
凡本網(wǎng)注明 “來源:XXX(非中國電池聯(lián)盟)”的作品,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對其真實性負(fù)責(zé)。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的,請在一周內(nèi)進(jìn)行,以便我們及時處理。
QQ:503204601
郵箱:cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜歡
  • 無EC高壓高安全電解液

    傳統(tǒng)的基于LiPF6/ EC的電解液已經(jīng)主導(dǎo)電解液市場超過25年,但它們很難應(yīng)對新的電池化學(xué),并因其高可燃性而受到強(qiáng)烈質(zhì)疑。 由于EC溶劑對造成性能下降和熱失控(TR)前的初始自熱的表面副反應(yīng),以及引發(fā)電池TR的放熱反應(yīng)都有很大的貢獻(xiàn),因此建立 無EC 電解液是
    2021-11-03 15:49
  • 液晶電解質(zhì)在鋰離子電池中的應(yīng)用進(jìn)展

    發(fā)展高性能新型電解質(zhì)是解決傳統(tǒng)鋰離子電池安全性和能量密度不足等問題的重要途徑。
    2020-10-29 09:25
  • 電池電解液對金屬鋰負(fù)極的影響

    金屬鋰負(fù)極的理論比容量為3860mAh/g,電位僅為-3.04V(vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極),是一種理想的鋰離子電池負(fù)極材料,搭配高容量的正極材料,可以輕松實現(xiàn)400Wh/kg以上的能量密度。
    2020-10-18 16:12
  • 循環(huán)老化對于鋰離子電池中鋰和電解液分布的影響

    鋰離子電池在循環(huán)的過程中持續(xù)的界面副反應(yīng),會引起電解液消耗和活性Li的損失。
    2020-10-05 17:23
  • 磷酸鐵鋰動力電池電解液改善及過程參數(shù)優(yōu)化

    鋰電聯(lián)盟會長 現(xiàn)在鋰離子電池技術(shù)還有待進(jìn)一步發(fā)展方能滿足電動車更高的應(yīng)用需求,下一代鋰離子電池必須具備大容量、高比能量、長壽命、高安全性等特點(diǎn),這就要求鋰離子電池要向高能量密度方向發(fā)展。 為了尋找高能量密度材料,主要是通過提高材料的壓實密度
    2020-06-02 15:08
  • 高性能鋰金屬電池電解液設(shè)計

    金屬鋰?yán)碚摫热萘靠蛇_(dá)3860mAh/g,電勢僅為-3.04V(vs 標(biāo)準(zhǔn)氫電極),并具有非常優(yōu)異的導(dǎo)電性,是一種理想的高比能鋰離子電池負(fù)極材料。
    2020-04-09 09:25
  • 電池容量為何衰減?原來是電解液分解在作祟!

    2019年政府相關(guān)部門陸續(xù)出臺了多個產(chǎn)業(yè)政策,推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,蓋世汽車從中選取了十大重要政策,以饗讀者。
    2019-12-23 08:43
  • 不同極片的電解液浸潤速率

    電池極片的電解液浸潤對性能影響很大,電解液浸潤效果不好時,離子傳輸路徑變遠(yuǎn),阻礙了鋰離子在正負(fù)極之間的穿梭,未接觸電解液的極片無法參與電池電化學(xué)反應(yīng),同時電池界面電阻增大,影響鋰電池的倍率性能、放電容量和使用壽命。
    2019-08-07 11:35
  • 從正負(fù)極材料和電解液解析鋰電池低溫性能改善

    作為新能源汽車的動力源,鋰離子電池在實際應(yīng)用中仍存在較多問題,如低溫條件下能量密度明顯降低,循環(huán)壽命也相應(yīng)受到影響,這也嚴(yán)重限制鋰離子電池的規(guī)模使用。
    2019-07-12 10:51
  • 低成本高浸潤性電解液發(fā)展總結(jié)與展望

    高濃度電解液存在著高成本、低浸潤性等本證問題,制約了高濃度電解液的大規(guī)模應(yīng)用。
    2019-03-28 13:50
專題
相關(guān)新聞
  • 無EC高壓高安全電解液

    傳統(tǒng)的基于LiPF6/ EC的電解液已經(jīng)主導(dǎo)電解液市場超過25年,但它們很難應(yīng)對新的電池化學(xué),并因其高可燃性而受到強(qiáng)烈質(zhì)疑。 由于EC溶劑對造成性能下降和熱失控(TR)前的初始自熱的表面副反應(yīng),以及引發(fā)電池TR的放熱反應(yīng)都有很大的貢獻(xiàn),因此建立 無EC 電解液是
    2021-11-03 15:49
  • 液晶電解質(zhì)在鋰離子電池中的應(yīng)用進(jìn)展

    發(fā)展高性能新型電解質(zhì)是解決傳統(tǒng)鋰離子電池安全性和能量密度不足等問題的重要途徑。
    2020-10-29 09:25
  • 電池電解液對金屬鋰負(fù)極的影響

    金屬鋰負(fù)極的理論比容量為3860mAh/g,電位僅為-3.04V(vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極),是一種理想的鋰離子電池負(fù)極材料,搭配高容量的正極材料,可以輕松實現(xiàn)400Wh/kg以上的能量密度。
    2020-10-18 16:12
  • 循環(huán)老化對于鋰離子電池中鋰和電解液分布的影響

    鋰離子電池在循環(huán)的過程中持續(xù)的界面副反應(yīng),會引起電解液消耗和活性Li的損失。
    2020-10-05 17:23
  • 磷酸鐵鋰動力電池電解液改善及過程參數(shù)優(yōu)化

    鋰電聯(lián)盟會長 現(xiàn)在鋰離子電池技術(shù)還有待進(jìn)一步發(fā)展方能滿足電動車更高的應(yīng)用需求,下一代鋰離子電池必須具備大容量、高比能量、長壽命、高安全性等特點(diǎn),這就要求鋰離子電池要向高能量密度方向發(fā)展。 為了尋找高能量密度材料,主要是通過提高材料的壓實密度
    2020-06-02 15:08
  • 高性能鋰金屬電池電解液設(shè)計

    金屬鋰?yán)碚摫热萘靠蛇_(dá)3860mAh/g,電勢僅為-3.04V(vs 標(biāo)準(zhǔn)氫電極),并具有非常優(yōu)異的導(dǎo)電性,是一種理想的高比能鋰離子電池負(fù)極材料。
    2020-04-09 09:25
  • 電池容量為何衰減?原來是電解液分解在作祟!

    2019年政府相關(guān)部門陸續(xù)出臺了多個產(chǎn)業(yè)政策,推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,蓋世汽車從中選取了十大重要政策,以饗讀者。
    2019-12-23 08:43
  • 不同極片的電解液浸潤速率

    電池極片的電解液浸潤對性能影響很大,電解液浸潤效果不好時,離子傳輸路徑變遠(yuǎn),阻礙了鋰離子在正負(fù)極之間的穿梭,未接觸電解液的極片無法參與電池電化學(xué)反應(yīng),同時電池界面電阻增大,影響鋰電池的倍率性能、放電容量和使用壽命。
    2019-08-07 11:35
本月熱點(diǎn)
歡迎投稿
聯(lián)系人:王女士
Email:cbcu#cbcu.com.cn
發(fā)送郵件時用@替換#
電話:010-56284224
在線投稿
微信公眾號