Vliv obsahu VC v elektrolytu na fosforečnan lithný

Vinylénkarbonát (VC) má vynikající adaptabilitu na vysoké i nízké teploty. Přidání VC do elektrolytu může pomoci vytvořit stabilnější vrstvu SEI na povrchu anody v lithiových bateriích. Proto má obsah VC významný vliv na výkon lithium-železo fosfátových (LiFePO₄) baterií. Tento článek konkrétně studuje vliv obsahu VC na elektrochemický výkon LiFePO₄ baterií za nízkých-teplot. LiFePO₄ baterie jsou široce používány v nových energetických vozidlech a systémech skladování energie díky jejich vysoké bezpečnosti, dlouhé životnosti, šetrnosti k životnímu prostředí a relativně nízkým nákladům. Potýkají se však s problémy, jako je pokles kapacity vybíjení a snížené zadržování energie při nízkých teplotách (zejména pod -20 stupňů), což omezuje jejich použití v chladných oblastech. K vyřešení tohoto problému se do elektrolytu často přidávají funkční přísady, jako je VC, aby se zlepšila nízkoteplotní iontová vodivost, potlačila vedlejší reakce a stabilizovalo rozhraní elektrod, čímž se zvýší výkon baterie při nízkých teplotách.

V této studii byly připraveny čtyři druhy elektrolytů LiFePO₄ baterií s různým obsahem VC (3,0 %, 3,2 %, 3,5 %, 3,8 %) a sestaveny do vakových článků. Katoda používala LiFePO₄ a anoda používala umělý grafit. Všechny baterie byly připraveny za stejných procesních podmínek a prošly tvorbou a rozptylem kapacity. Elektrochemické testy byly provedeny na každé skupině baterií při -30 stupních, aby se systematicky porovnaly klíčové ukazatele výkonu, jako je kapacita nízkoteplotního vybíjení, odpor stejnosměrného proudu (DCR), energetická účinnost a životnost cyklu.

1. Nízká-tepelná kapacita výboje

Testováním křivek CV baterie při nízkých-teplotách a výpočtem kapacity baterie z integrované oblasti křivek CV.

Když je obsah VC 3,5 %, baterie vykazuje nejvyšší vybíjecí kapacitu při -30 stupních (5,6 Ah), výrazně lepší než ostatní skupiny (3,0 %, 3,2 % a 3,8 % odpovídají 4,6 Ah, 5,0 Ah a 5,0 Ah). Vhodné množství VC může snížit bod tuhnutí elektrolytu, zvýšit mobilitu iontů a potlačit krystalizaci rozpouštědla, čímž se zlepší výkon při nízké teplotě.

2. Odpor stejnosměrného proudu (DCR)

Testy DCR baterie ukazují, že když je obsah VC 3,5 %, je DCR nejnižší (0,76 mΩ), což ukazuje na nižší odpor rozhraní a vyšší účinnost přenosu lithium-iontů. Nadměrný obsah VC (např. 3,8 %) vede ke zvýšení DCR, což naznačuje, že příliš mnoho VC může zvýšit odpor mezifázových reakcí.

3. Nízká-energetická účinnost

Když je obsah VC 3,5 %, baterie vykazuje nejvyšší energetickou účinnost při -30 stupních (82,0 %), čímž překonává ostatní skupiny (72,5 %~79,0 %). To je přičítáno tomu, že VC podporuje tvorbu stabilního filmu SEI, snižuje polarizační ztráty a zvyšuje účinnost přeměny energie.

4. Životnost cyklu

Po 300 cyklech vykazuje baterie s obsahem 3,5 % VC nejvyšší zachování kapacity (97,5 %) a překonává ostatní skupiny (90,0 %~96,1 %). VC může dynamicky opravovat defekty filmu SEI během cyklování, inhibovat rozklad elektrolytu a tvorbu plynu, čímž prodlužuje životnost baterie při nízkých teplotách.

ACEY-BA3040-20zařízení pro testování cyklu baterieslouží k testování životnosti, spolehlivosti, kapacity a dalších parametrů akumulátorové sady pomocí testu cyklického nabíjení a vybíjení.

• VC přednostně redukuje na povrchu grafitové anody před molekulami rozpouštědla během procesu počátečního nabíjení a vybíjení a vytváří hustý SEI film bohatý na anorganické složky, jako je Li₂CO3. Tento film má relativně vysoký koeficient difúze lithium-iontů.

• Vhodné množství VC může optimalizovat solvatační strukturu elektrolytu, snížit viskozitu a zlepšit iontovou vodivost při nízkých teplotách.

• Nadměrné VC může vést k příliš silnému filmu SEI nebo zvýšené impedanci, což je ve skutečnosti škodlivé pro zlepšení výkonu.

Ačkoli článek prováděl experimenty srovnávající různá množství VC a prováděl určité testy, identifikující optimální obsah VC v tomto experimentu, nezahrnoval kontrolní skupinu bez VC. Nelze tedy učinit závěr, že přidání VC nutně zlepší výkon baterie.