Ang mga bagong additives ay nagpapabuti sa pagganap ng mababang temperatura ng mga baterya ng lithium ion

Ang Figure 1 ay isang proseso ng synthesizing ng additive.Pangunahin, ang ionic liquid molecular chain ay pinagsama sa polymethyl methacrylate (PMMA) nanosphere sa pamamagitan ng reaksyon upang bumuo ng isang brush-like na pangunahing istraktura, at pagkatapos ay ang istraktura ay dispersed sa ethyl acetate (MA).At ang isang bagong electrolyte system ay nabuo sa isang halo-halong solvent ng propylene carbonate (PC).Tulad ng ipinapakita sa Fig. 2a, ang conductivity ng electrolyte ay bumababa habang bumababa ang temperatura, at ang conductivity ng electrolyte na naglalaman ng ethyl acetate ay mas mataas kaysa sa electrolyte gamit lamang ang propylene carbonate bilang solvent, dahil Ang medyo mababa ang freezing point ( -96 ° C) at lagkit (0.36 cp) ng ethyl acetate ay nagtataguyod ng mabilis na paggalaw ng mga lithium ions sa mababang temperatura.Makikita mula sa Fig. 2b na ang lagkit ng electrolyte ay tataas pagkatapos ng pagdaragdag ng dinisenyo na additive (PMMA-IL-TFSI), ngunit ang pagtaas ng lagkit ay hindi nakakaapekto sa conductivity ng electrolyte.Kapansin-pansin, ang pagdaragdag ng additive ay nagreresulta sa isang malaking pagtaas sa conductivity ng electrolyte.Ito ay dahil sa: 1) Pinipigilan ng ionic na likido ang solidification ng electrolyte sa mababang temperatura.Ang epekto ng plasticization na dulot ng pagkakaroon ng ionic liquid ay binabawasan ang glass phase transition temperature ng electrolyte system (Fig. 2c), kaya ang ion conduction ay mas madali sa ilalim ng mababang kondisyon ng temperatura;2) Ang istraktura ng PMMA microsphere na pinaghugpong ng ionic na likido ay maaaring ituring na Ito ay isang "single-ion conductor".Ang pagdaragdag ng additive ay lubos na nagpapataas ng dami ng malayang gumagalaw na lithium ions sa electrolyte system, at sa gayon ay tumataas ang conductivity ng electrolyte sa temperatura ng kuwarto pati na rin sa mababang temperatura.

Figure 1. Sintetikong ruta para sa mga additives.

Figure 2. (a) Ang conductivity ng electrolyte bilang isang function ng temperatura.(b) Lagkit ng electrolyte system sa iba't ibang temperatura.(c) pagsusuri ng DSC.

Kasunod nito, inihambing ng mga may-akda ang pagganap ng electrochemical ng dalawang electrolyte system na naglalaman ng mga additives at walang mga additives sa iba't ibang mga kondisyon ng mababang temperatura.Makikita mula sa Fig. 3 na pagkatapos ng circulating 90 cycle sa kasalukuyang density na 0.5 C, walang makabuluhang pagkakaiba sa kapasidad ng dalawang electrolyte system sa 20 °C.Habang ibinababa ang temperatura, ang electrolyte na naglalaman ng additive ay nagpapakita ng superior cycle performance kaysa sa electrolyte na walang additive.Sa 0 °C, -20 °C at -40 °C, ang kapasidad ng electrolyte na naglalaman ng additive pagkatapos ng pagbibisikleta ay maaaring umabot sa 107, 84 at 48 mA / g, na makabuluhang mas mataas kaysa sa kapasidad ng electrolyte na walang mga additives pagkatapos ng pagbibisikleta sa iba't ibang temperatura (ayon sa pagkakabanggit Sa 94, 40 at 5 mA/g), at ang coulombic na kahusayan pagkatapos ng 90 cycle ng electrolyte na naglalaman ng additive ay nanatili sa 99.5%.Inihahambing ng Figure 4 ang rate ng pagganap ng dalawang system sa 20 ° C, -20 ° C, at -40 ° C. Ang pagbaba sa temperatura ay nagdudulot ng pagbaba sa kapasidad ng baterya, ngunit pagkatapos ng pagdaragdag ng additive, ang rate ang pagganap ng baterya ay lubos na napabuti.Halimbawa, sa -20 ° C, ang baterya na naglalaman ng additive ay maaari pa ring umabot sa kapasidad na 38 mA/g sa kasalukuyang density na 2 C, habang ang baterya na walang additive ay hindi gumagana nang maayos sa 2 C.

Figure 3. Cyclic performance at coulombic na kahusayan ng baterya sa iba't ibang temperatura: (a, c) electrolyte na naglalaman ng mga additives;(b, d) electrolyte na walang mga additives.

Figure 4. I-rate ang pagganap ng baterya sa iba't ibang temperatura: (a, b, c) electrolyte na may mga additives;(d, e, f) electrolyte na walang mga additives.

Sa wakas, sinisiyasat pa ng mga may-akda ang pinagbabatayan na mga mekanismo sa pamamagitan ng pagmamasid sa SEM at pagsubok sa EIS, at nilinaw ang mga posibleng dahilan para sa pagkakaroon ng mga additives upang maipakita ng baterya ang mahusay na pagganap ng electrochemical sa mababang temperatura: 1) Ang istraktura ng PMMA-IL-TFSI ay pumipigil sa electrolyte solidification at Ang pagtaas ng dami ng malayang gumagalaw na mga lithium ions sa system ay nagpapalaki ng electrolyte sa mababang temperatura;2) ang pagtaas ng malayang paglipat ng mga lithium ions ay nagpapabagal sa epekto ng polariseysyon sa panahon ng pagsingil at paglabas, sa gayon ay bumubuo ng isang matatag na SEI film;3) ang pagkakaroon ng mga ionic na likido Ang SEI film ay ginawang mas conductive at nagtataguyod ng pagpasa ng mga lithium ions sa pamamagitan ng SEI film, pati na rin ang mabilis na paglilipat ng singil.Makikita mula sa Fig. 5 na ang SEI film na nabuo ng electrolyte system na naglalaman ng additive ay mas matatag at matatag, at walang halatang pinsala at mga bitak pagkatapos ng cycle, at ang electrolyte at ang electrode ay higit na gumanti.Sa pamamagitan ng pagsusuri sa EIS (Larawan 6), sa kabaligtaran, ang mga electrolyte system na naglalaman ng mga additives ay may mas maliit na RSEI at mas maliit na RCT, na nagpapahiwatig ng mas kaunting pagtutol ng mga lithium ion sa buong SEI membrane at mas mabilis na paglipat mula SEI patungo sa electrode.

Figure 5. SEM larawan ng lithium sheet pagkatapos ng pagtatapos ng cycle sa -20 ° C (a, c, d, f) at -40 ° C (b, e): (a, b, c) ay naglalaman ng mga additives;(d, e, f) ay walang mga additives.

Figure 6. EIS test sa iba't ibang temperatura.

Ang artikulo ay nai-publish sa internationally renowned journal ACS Applied Energy Materials.Ang pangunahing gawain ay natapos ni Dr. Li Yang, ang unang may-akda ng papel.