Nuwe bymiddels verbeter lae temperatuur werkverrigting van litiumioonbatterye

Figuur 1 is 'n proses van sintetisering van die bymiddel.Hoofsaaklik word die ioniese vloeibare molekulêre ketting op die polimetielmetakrilaat (PMMA) nanosfeer geënt deur reaksie om 'n kwasagtige hoofstruktuur te vorm, en dan word die struktuur in etielasetaat (MA) versprei.En 'n nuwe elektrolietstelsel word gevorm in 'n gemengde oplosmiddel van propileenkarbonaat (PC).Soos getoon in Fig. 2a, neem die geleidingsvermoë van die elektroliet af namate die temperatuur afneem, en die geleidingsvermoë van die elektroliet wat etielasetaat bevat is baie hoër as dié van die elektroliet wat slegs propileenkarbonaat as die oplosmiddel gebruik, omdat die relatief lae vriespunt ( -96 ° C) en viskositeit (0,36 cp) van etielasetaat bevorder die vinnige beweging van litiumione by lae temperature.Dit kan gesien word uit Fig. 2b dat die viskositeit van die elektroliet sal toeneem na die byvoeging van die ontwerpte toevoeging (PMMA-IL-TFSI), maar die toename in viskositeit beïnvloed nie die geleidingsvermoë van die elektroliet nie.Interessant genoeg lei die byvoeging van die byvoeging tot 'n aansienlike toename in die geleidingsvermoë van die elektroliet.Dit is as gevolg van: 1) Die ioniese vloeistof inhibeer die stolling van die elektroliet by lae temperature.Die plastiseringseffek wat deur die teenwoordigheid van ioniese vloeistof veroorsaak word, verminder die glasfase-oorgangstemperatuur van die elektrolietstelsel (Fig. 2c), dus is ioongeleiding makliker onder lae temperatuurtoestande;2) PMMA mikrosfeer struktuur geënt deur ioniese vloeistof kan beskou word as Dit is 'n "enkel-ioon geleier".Die byvoeging van die byvoeging verhoog die hoeveelheid vrylik bewegende litiumione in die elektrolietstelsel aansienlik, waardeur die geleidingsvermoë van die elektroliet by kamertemperatuur sowel as by lae temperature verhoog word.

Figuur 1. Sintetiese roete vir bymiddels.

Figuur 2. (a) Die geleidingsvermoë van die elektroliet as 'n funksie van temperatuur.(b) Viskositeit van die elektrolietsisteem by verskillende temperature.(c) DSC-analise.

Vervolgens het die skrywers die elektrochemiese werkverrigting van twee elektrolietstelsels wat bymiddels en geen bymiddels bevat, by verskillende lae temperatuurtoestande vergelyk.Uit Fig. 3 kan gesien word dat na sirkulasie van 90 siklusse teen 'n stroomdigtheid van 0,5 C, daar geen betekenisvolle verskil in die kapasiteit van die twee elektrolietstelsels by 20 °C is nie.Soos die temperatuur verlaag word, vertoon die elektroliet wat die bymiddel bevat beter siklusprestasie as die elektroliet sonder die bymiddel.By 0 °C, -20 °C en -40 °C kan die kapasiteit van die elektroliet wat die toevoeging bevat na fietsry 107, 84 en 48 mA / g bereik, aansienlik hoër as die kapasiteit van die elektroliet sonder bymiddels na fietsry by verskillende temperature (onderskeidelik Teen 94, 40 en 5 mA/g), en die coulombiese doeltreffendheid na 90 siklusse van die elektroliet wat die toevoeging bevat, het op 99,5% gebly.Figuur 4 vergelyk die tempo werkverrigting van die twee stelsels by 20 ° C, -20 ° C, en -40 ° C. 'n Afname in temperatuur veroorsaak 'n afname in die kapasiteit van die battery, maar na die byvoeging van die bymiddel, die tempo prestasie van die battery is aansienlik verbeter.Byvoorbeeld, by -20 ° C kan die battery wat die toevoeging bevat steeds 'n kapasiteit van 38 mA/g bereik teen 'n stroomdigtheid van 2 C, terwyl die battery sonder die byvoeging nie behoorlik werk by 2 C nie.

Figuur 3. Sikliese werkverrigting en coulombiese doeltreffendheid van die battery by verskillende temperature: (a, c) elektrolietbevattende bymiddels;(b, d) elektroliet sonder bymiddels.

Figuur 4. Beoordeel prestasie van die battery by verskillende temperature: (a, b, c) elektroliet met bymiddels;(d, e, f) elektroliet sonder bymiddels.

Laastens het die skrywers die onderliggende meganismes verder ondersoek deur SEM-waarneming en EIS-toetsing, en die moontlike redes vir die teenwoordigheid van bymiddels uitgeklaar om die battery uitstekende elektrochemiese werkverrigting by lae temperature te laat vertoon: 1) PMMA-IL-TFSI-struktuur inhibeer elektrolietstolling en Die verhoging van die hoeveelheid vrylik bewegende litiumione in die sisteem laat die elektroliet aansienlik toeneem by lae temperature;2) die toename van vrylik bewegende litiumione vertraag die polarisasie-effek tydens lading en ontlading, en vorm daardeur 'n stabiele SEI-film;3) die teenwoordigheid van ioniese vloeistowwe Die SEI-film word meer geleidend gemaak en bevorder die deurgang van litiumione deur die SEI-film, sowel as vinnige ladingoordrag.Dit kan gesien word uit Fig. 5 dat die SEI-film wat gevorm word deur die elektrolietstelsel wat die bymiddel bevat meer stabiel en ferm is, en daar is geen ooglopende skade en krake na die siklus nie, en die elektroliet en die elektrode word verder gereageer.Deur EIS-analise (Figuur 6), daarenteen, het elektrolietstelsels wat bymiddels bevat kleiner RSEI en kleiner RCT, wat minder weerstand van litiumione oor die SEI-membraan en vinniger migrasie van SEI na die elektrode.

Figuur 5. SEM-foto van die litiumplaat na die einde van die siklus by -20 ° C (a, c, d, f) en -40 ° C (b, e): (a, b, c) bevat bymiddels;(d, e, f) bevat geen bymiddels nie.

Figuur 6. EIS-toets by verskillende temperature.

Die artikel is in die internasionaal bekende joernaal ACS Applied Energy Materials gepubliseer.Die hoofwerk is voltooi deur Dr Li Yang, die eerste skrywer van die referaat.