Mae ychwanegion newydd yn gwella perfformiad tymheredd isel batris ïon lithiwm

Mae Ffigur 1 yn broses o syntheseiddio'r ychwanegyn.Yn bennaf, mae'r gadwyn moleciwlaidd hylif ïonig yn cael ei impio ar y nanosffer polymethyl methacrylate (PMMA) trwy adwaith i ffurfio prif strwythur tebyg i frwsh, ac yna mae'r strwythur yn cael ei wasgaru mewn asetad ethyl (MA).Ac mae system electrolyte newydd yn cael ei ffurfio mewn toddydd cymysg o garbonad propylen (PC).Fel y dangosir yn Ffig. 2a, mae dargludedd yr electrolyte yn lleihau wrth i'r tymheredd ostwng, ac mae dargludedd yr electrolyt sy'n cynnwys asetad ethyl yn llawer uwch na'r electrolyte gan ddefnyddio carbonad propylen yn unig fel y toddydd, oherwydd bod y pwynt rhewi cymharol isel ( -96 ° C) a gludedd (0.36 cp) o asetad ethyl hyrwyddo symudiad cyflym ïonau lithiwm ar dymheredd isel.Gellir gweld o Ffig. 2b y bydd gludedd yr electrolyte yn cynyddu ar ôl ychwanegu'r ychwanegyn a ddyluniwyd (PMMA-IL-TFSI), ond nid yw'r cynnydd mewn gludedd yn effeithio ar ddargludedd yr electrolyte.Yn ddiddorol, mae ychwanegu'r ychwanegyn yn arwain at gynnydd sylweddol yn dargludedd yr electrolyte.Mae hyn oherwydd: 1) Mae'r hylif ïonig yn atal solidiad yr electrolyte ar dymheredd isel.Mae'r effaith plastigoli a achosir gan bresenoldeb hylif ïonig yn lleihau tymheredd pontio cyfnod gwydr y system electrolyte (Ffig. 2c), felly mae dargludiad ïon yn haws o dan amodau tymheredd isel;2) Gellir ystyried strwythur microsffer PMMA sy'n cael ei impio gan hylif ïonig fel “dargludydd ïon sengl”.Mae ychwanegu'r ychwanegyn yn cynyddu'n fawr faint o ïonau lithiwm sy'n symud yn rhydd yn y system electrolyte, a thrwy hynny gynyddu dargludedd yr electrolyte ar dymheredd ystafell yn ogystal ag ar dymheredd isel.

Ffigur 1. Llwybr synthetig ar gyfer ychwanegion.

Ffigur 2. (a) Dargludedd yr electrolyt fel ffwythiant tymheredd.(b) Gludedd y system electrolytau ar dymereddau gwahanol.(c) Dadansoddiad DSC.

Yn dilyn hynny, cymharodd yr awduron berfformiad electrocemegol dwy system electrolyte sy'n cynnwys ychwanegion a dim ychwanegion ar wahanol amodau tymheredd isel.Gellir gweld o Ffigur 3, ar ôl cylchredeg 90 o gylchredau ar ddwysedd cerrynt o 0.5 C, nad oes gwahaniaeth arwyddocaol yng nghapasiti'r ddwy system electrolyte ar 20 °C.Wrth i'r tymheredd gael ei ostwng, mae'r electrolyte sy'n cynnwys yr ychwanegyn yn dangos perfformiad beicio gwell na'r electrolyte heb yr ychwanegyn.Ar 0 ° C, -20 ° C a -40 ° C, gall cynhwysedd yr electrolyte sy'n cynnwys yr ychwanegyn ar ôl beicio gyrraedd 107, 84 a 48 mA / g, yn sylweddol uwch na chynhwysedd yr electrolyte heb ychwanegion ar ôl beicio yn wahanol tymereddau (yn y drefn honno Ar 94, 40 a 5 mA/g), a'r effeithlonrwydd coulombig ar ôl 90 cylchred o'r electrolyt sy'n cynnwys yr ychwanegyn yn aros ar 99.5%.Mae Ffigur 4 yn cymharu perfformiad cyfradd y ddwy system ar 20 ° C, -20 ° C, a -40 ° C. Mae gostyngiad mewn tymheredd yn achosi gostyngiad yng nghynhwysedd y batri, ond ar ôl ychwanegu'r ychwanegyn, mae'r gyfradd perfformiad y batri yn gwella'n fawr.Er enghraifft, ar -20 ° C, gall y batri sy'n cynnwys yr ychwanegyn gyrraedd cynhwysedd o 38 mA/g o hyd ar ddwysedd cyfredol o 2 C, tra nad yw'r batri heb yr ychwanegyn yn gweithio'n iawn ar 2 C.

Ffigur 3. Perfformiad cylchol ac effeithlonrwydd coulombig y batri ar wahanol dymereddau: (a, c) electrolyt sy'n cynnwys ychwanegion;(b, d) electrolyt heb ychwanegion.

Ffigur 4. Cyfradd perfformiad y batri ar wahanol dymereddau: (a, b, c) electrolyte gydag ychwanegion;(d, e, f) electrolyt heb ychwanegion.

Yn olaf, ymchwiliodd yr awduron ymhellach i'r mecanweithiau sylfaenol trwy arsylwi SEM a phrofion EIS, ac eglurodd y rhesymau posibl dros bresenoldeb ychwanegion i wneud i'r batri arddangos perfformiad electrocemegol rhagorol ar dymheredd isel: 1) Mae strwythur PMMA-IL-TFSI yn atal solidiad electrolyte a Mae cynyddu faint o ïonau lithiwm sy'n symud yn rhydd yn y system yn gwneud i'r electrolyte gynyddu'n fawr ar dymheredd isel;2) mae cynnydd ïonau lithiwm sy'n symud yn rhydd yn arafu'r effaith polareiddio yn ystod codi tâl a rhyddhau, a thrwy hynny ffurfio ffilm SEI sefydlog;3) presenoldeb hylifau ïonig Mae'r ffilm SEI yn cael ei wneud yn fwy dargludol ac yn hyrwyddo taith ïonau lithiwm trwy'r ffilm SEI, yn ogystal â throsglwyddo tâl cyflym.Gellir gweld o Ffig. 5 bod y ffilm SEI a ffurfiwyd gan y system electrolyte sy'n cynnwys yr ychwanegyn yn fwy sefydlog a chadarn, ac nid oes unrhyw ddifrod a chraciau amlwg ar ôl y cylch, ac mae'r electrolyte a'r electrod yn cael eu hadweithio ymhellach.Yn ôl dadansoddiad EIS (Ffigur 6), mewn cyferbyniad, mae gan systemau electrolyte sy'n cynnwys ychwanegion RSEI llai a RhCT llai, sy'n dangos llai o wrthwynebiad ïonau lithiwm ar draws y bilen SEI a mudo cyflymach o SEI i'r electrod.

Ffigur 5. Llun SEM o'r daflen lithiwm ar ôl diwedd y cylch yn -20 ° C (a, c, d, f) a -40 ° C (b, e): (a, b, c) yn cynnwys ychwanegion;(d, e , f) yn cynnwys dim ychwanegion.

Ffigur 6. Prawf EIS ar wahanol dymereddau.

Cyhoeddwyd yr erthygl yn y cyfnodolyn o fri rhyngwladol ACS Applied Energy Materials.Cwblhawyd y prif waith gan Dr Li Yang, awdur cyntaf y papur.