Sejumlah kecil bahan penyimpanan non-energi yang digunakan dalam baterai lithium-ion dapat secara signifikan meningkatkan kinerja baterai tertentu, dan jumlah kecil ini disebut aditif. Aditif elektrolit organik memiliki karakteristik" yang luar biasa; dosis rendah (umumnya kurang dari 5% berdasarkan rasio volume atau massa) dan efek cepat" ;, yang secara signifikan dapat meningkatkan beberapa sifat makroskopik baterai lithium-ion tanpa meningkatkan biaya baterai []. Aditif secara umum harus memiliki karakteristik sebagai berikut:
(1) Satu atau beberapa kinerja baterai dapat ditingkatkan dengan penggunaan yang lebih sedikit;
(2) Ini tidak memiliki efek samping pada kinerja baterai dan tidak menyebabkan reaksi samping dengan bahan lain yang merupakan baterai;
(3) Ia memiliki kompatibilitas yang baik dengan elektrolit organik, dan yang terbaik adalah mudah larut dalam pelarut;
(4) Harganya relatif rendah, tidak ada toksisitas atau toksisitas rendah; Saat ini, penelitian tentang aditif elektrolit baterai lithium ion terutama berfokus pada aspek-aspek berikut:
(1) Meningkatkan stabilitas film SEI [7073);
(2) Meningkatkan kinerja keselamatan baterai [4-70;
(3) Kontrol kadar asam dan air dalam elektrolit;
(4) Meningkatkan konduktivitas elektrolit [8-7 sampai.
1. Aditif untuk meningkatkan stabilitas film SEI baterai lithium-ion
Film SEl (Solid Electrolyte Interface), yaitu film antarmuka fase elektrolit padat, adalah film passivasi yang terbentuk pada permukaan elektroda negatif baterai ion litium untuk mengisolasi elektrolit dari bahan karbon / elektroda negatif litium. Film SEl terbentuk selama siklus awal baterai lithium-ion. Di bawah potensi tertentu, pada elektroda negatif / antarmuka elektrolit, molekul pelarut organik, anion garam lithium, pengotor dan aditif mengalami dekomposisi reduktif untuk membentuk zat tidak larut dan endapan pada permukaan elektroda.
Aditif pembentuk film dibagi menjadi aditif pembentuk film organik dan aditif pembentuk film anorganik.
Aditif pembentuk film organik termasuk aditif sulfit, aditif sub-alum dan aditif sulfonat.
Aditif sulfit yang umum digunakan termasuk vinil sulfit (ES), propilen sulfit (PS), dimetil sulfit (DMS), dietil sulfit (DES), dll. 18]. Komponen utama film SEI yang dibentuk oleh reduksi dan dekomposisi aditif sulfit pada permukaan elektroda negatif karbon adalah garam anorganik LizS, LizSO; atau LiuSO, dan garam organik ROSO2Lil81]. Komposisi spesifik juga terkait dengan kerapatan arus. Di bawah kepadatan arus tinggi, garam lithium anorganik pertama kali dihasilkan.
Komponen garam litium organik hanya muncul di bawah 0,5V; pada kepadatan arus rendah, garam litium organik mengendap pada 1.5V, dan kemudian tidak ada garam anorganik yang terbentuk. Kekuatan film dari aditif sulfit yang berbeda pada antarmuka anoda karbon adalah ES> PS2DMS> DES.
Zat aditif 28 termasuk dimetil subsulfat (DMSO), butil subsina, etil metil subsina (EMS), siklopropil subsulfat (TriMS), 1-metil siklopropil subsulfat (MTS), Etil sek-butil sulfit (EsBS), etil isobutil sulfit (EiPS) dan 3,3,3-trifluoropropylmethyl sulfite (FPMS), dll.
2. Aditif untuk meningkatkan kinerja keselamatan baterai lithium-ion
Masalah keselamatan merupakan prasyarat penting untuk inovasi pasar baterai lithium-ion, terutama aplikasi di kendaraan listrik dan bidang lain yang mengedepankan persyaratan yang lebih tinggi dan lebih baru untuk keamanan baterai. Baterai sekunder litium-ion mengeluarkan banyak panas saat diisi secara berlebihan dan dikosongkan, mengalami korsleting, dan bekerja dalam waktu lama dengan arus besar. Panas ini menjadi bahaya keamanan bagi elektrolit yang mudah terbakar, yang dapat menyebabkan kerusakan termal yang dahsyat (pelarian termal) atau bahkan ledakan baterai [8]. Penambahan aditif tahan api dapat mengubah elektrolit organik yang mudah terbakar menjadi elektrolit yang tidak mudah terbakar atau tidak mudah terbakar, mengurangi nilai pelepasan panas baterai' dan laju pemanasan sendiri baterai, dan juga meningkatkan stabilitas termal elektrolit itu sendiri untuk mencegah baterai menjadi terlalu panas. Terbakar atau ledakan di bawah.
3. Aditif untuk mengontrol asam dan kandungan air dalam elektrolit baterai lithium-ion
Jumlah jejak air dan HF dalam elektrolit organik memiliki efek tertentu pada pembentukan film SEl yang sangat baik, yang dapat dilihat dari reaksi pelarut seperti EC dan PC pada antarmuka elektroda. Namun kandungan air dan asam (HF) yang terlalu tinggi tidak hanya akan menyebabkan LiPF. Dekomposisi, dan akan menghancurkan film SEI [8]. Ketika AlbO3, MgO, Bao, dan lithium atau kalsium karbonat ditambahkan sebagai aditif pada elektrolit, mereka akan bereaksi dengan sejumlah kecil HF dalam elektrolit, mengurangi kandungan HF, dan mencegah kerusakan pada elektroda dan dekomposisi LiPF6. katalisis elektrolit meningkatkan stabilitas elektrolit, sehingga meningkatkan kinerja baterai. Namun zat ini lambat untuk menghilangkan HF, sehingga sulit untuk mencegah HF merusak kinerja baterai. Meskipun beberapa senyawa anhidrida asam dapat dengan cepat menghilangkan HF, senyawa ini juga akan menghasilkan zat asam lain yang merusak kinerja baterai. Senyawa diimina alkana dapat membentuk ikatan hidrogen lemah dengan molekul air melalui atom hidrogen dalam molekul, sehingga mencegah air dan LiPF. Reaksi menghasilkan HF.
4. Aditif konduktif
Konduktivitas elektrolit yang tinggi merupakan jaminan penting untuk mengurangi ketahanan migrasi Lit dan meningkatkan kinerja pengisian dan pengosongan baterai. Peran aditif konduktif adalah molekul aditif dan ion elektrolit menjalani reaksi koordinasi untuk mendorong pelarutan dan ionisasi garam litium, mengurangi radius pelarut ion litium terlarut, dan mencegah interkalasi pelarut merusak elektroda. Berdasarkan interaksinya dengan ion elektrolit dalam elektrolit dapat dibedakan menjadi jenis interaksi kation (ligan kation), jenis interaksi anion (ligan anion) dan jenis interaksi ion elektrolit (ligan netral yl).
5. Aditif untuk meningkatkan kinerja suhu rendah
Kinerja suhu rendah adalah salah satu faktor penting dalam memperluas jangkauan penggunaan baterai lithium-ion, dan juga harus dimiliki dalam teknologi kedirgantaraan saat ini. N, N-Dimethyltrifluoroacetamide memiliki viskositas rendah (1.09mPa-s, 25 ℃), titik didih tinggi (135 ℃) dan titik nyala (72 ℃). Ini memiliki kemampuan pembentukan film yang baik di permukaan grafit. Elektroda positif juga memiliki stabilitas oksidasi yang baik, dan baterai rakitan memiliki kinerja siklus yang sangat baik pada suhu rendah. Borida organik dan karbonat yang mengandung fluor juga kondusif untuk peningkatan kinerja suhu rendah baterai.
6. Aditif multifungsi
Zat aditif yang memiliki dua fungsi atau lebih pada waktu yang bersamaan disebut zat aditif multifungsi. Aditif multifungsi adalah aditif yang ideal untuk baterai lithium-ion. Mereka dapat meningkatkan kinerja elektrolit dengan banyak cara dan memainkan peran penting dalam meningkatkan kinerja elektrokimia baterai lithium-ion secara keseluruhan. Mereka menjadi arah utama penelitian dan pengembangan aditif di masa depan.
Faktanya, beberapa aditif yang ada sendiri merupakan aditif multifungsi. Seperti 12-mahkota-4 eter / 8] Setelah menambahkan pelarut PC, sambil meningkatkan konduktivitas Li itu sendiri, efek elektrofilik ligan mahkota pada permukaan elektroda membuat kemungkinan Li bereaksi dengan molekul pelarut pada antarmuka elektroda sangat berkurang . Efek solvasi preferensial dari eter mahkota pada Li menghambat penyisipan bersama molekul PC, dan membran SEI dari antarmuka elektrolisis dioptimalkan, yang mengurangi hilangnya kapasitas elektroda ireversibel pertama. Selain itu, pelarut organik berfluorinasi, ester fosfat terhalogenasi seperti BTE dan TTFP, dll. Ditambahkan ke elektrolit tidak hanya membantu membentuk film SEl yang sangat baik, tetapi juga memiliki efek penghambat api tertentu atau bahkan jelas pada elektrolit, yang meningkatkan banyak aspek baterai. kinerja.
