Вплив вмісту VC в електроліті на фосфат літію заліза

Вініленкарбонат (VC) має відмінну адаптивність як до високих, так і до низьких температур. Додавання VC до електроліту може допомогти сформувати більш стабільний шар SEI на поверхні анода в літієвих батареях. Таким чином, вміст VC має значний вплив на продуктивність літій-залізо-фосфатних (LiFePO₄) батарей. У цій статті спеціально досліджується вплив вмісту VC на електрохімічні характеристики LiFePO₄ батарей за умов низьких-температур. Акумулятори LiFePO₄ широко використовуються в нових енерготранспортних засобах і системах зберігання енергії завдяки їх високій безпеці, довгому циклу служби, екологічності та відносно низькій вартості. Однак вони стикаються з такими проблемами, як зниження розрядної ємності та зниження утримання енергії за низьких температур (особливо нижче -20 градусів), що обмежує їх використання в холодних регіонах. Щоб вирішити цю проблему, до електроліту часто додають функціональні добавки, такі як VC, щоб покращити-низькотемпературну іонну провідність, придушити побічні реакції та стабілізувати межу електродів, тим самим підвищуючи продуктивність батареї при низьких температурах.

У цьому дослідженні чотири типи електролітів LiFePO₄ батареї з різним вмістом VC (3,0%, 3,2%, 3,5%, 3,8%) були виготовлені та зібрані в пакетні елементи. Катод використовував LiFePO₄, а анод – штучний графіт. Усі батареї були підготовлені за однакових умов процесу та пройшли процес формування та дисперсії ємності. Електрохімічні випробування проводилися на кожній групі батарей при -30 градусах для систематичного порівняння ключових показників ефективності, таких як низькотемпературна розрядна ємність, опір постійному струму (DCR), енергоефективність і життєвий цикл.

1. Ємність розряду при низькій{1}}температурі

Випробовуючи CV-криві батареї за низьких-температурних умов і обчислюючи ємність батареї за інтегрованою площею CV-кривих.

Коли вміст VC становить 3,5%, акумулятор демонструє найвищу розрядну ємність за -30 градусів (5,6 А·год), що значно краще, ніж в інших групах (3,0%, 3,2% і 3,8% відповідають 4,6 А·год, 5,0 А·год і 5,0 А·год відповідно). Відповідна кількість VC може знизити точку замерзання електроліту, збільшити рухливість іонів і придушити кристалізацію розчинника, тим самим покращуючи продуктивність низькотемпературного розряду.

2. Опір постійному струму (DCR)

Випробування DCR батареї показують, що коли вміст VC становить 3,5%, DCR є найнижчим (0,76 мОм), що вказує на нижчий міжфазний опір і вищу ефективність транспортування літій-іонів. Надмірний вміст VC (наприклад, 3,8%) призводить до збільшення DCR, припускаючи, що занадто багато VC може збільшити опір міжфазній реакції.

3. Енергоефективність при-низьких температурах

Коли вміст VC становить 3,5%, акумулятор демонструє найвищу енергоефективність при -30 градусах (82,0%), перевершуючи інші групи (72,5%~79,0%). Це пояснюється тим, що VC сприяє формуванню стабільної плівки SEI, зменшує поляризаційні втрати та підвищує ефективність перетворення енергії.

4. Життєвий цикл

Після 300 циклів батарея з вмістом VC 3,5% показує найвищий рівень збереження ємності (97,5%), перевершуючи інші групи (90,0%~96,1%). VC може динамічно відновлювати дефекти плівки SEI під час циклічної роботи, перешкоджати розкладанню електроліту та утворенню газу, тим самим подовжуючи термін служби батареї за низьких температур.

ACEY-BA3040-20обладнання для тестування циклу батареївикористовується для перевірки терміну служби, надійності, ємності та інших параметрів акумуляторної батареї за допомогою перевірки циклічного заряджання та розряджання.

• VC переважно відновлюється на поверхні графітового анода перед молекулами розчинника під час початкового процесу заряджання та розряджання, утворюючи щільну плівку SEI, багату неорганічними компонентами, такими як Li₂CO3. Ця плівка має відносно високий коефіцієнт дифузії-іонів літію.

• Відповідна кількість VC може оптимізувати сольватну структуру електроліту, зменшити в'язкість і покращити іонну провідність при низьких температурах.

• Надмірна VC може призвести до надто товстої плівки SEI або збільшення імпедансу, що фактично шкодить покращенню продуктивності.

Незважаючи на те, що в статті проводилися експерименти з порівнянням різних кількостей ВК і проводилися певні тести, визначаючи оптимальний вміст ВК у цьому експерименті, вона не включала контрольну групу без ВК. Тому не можна зробити висновок, що додавання VC обов’язково покращує продуктивність акумулятора.