首頁 > 應用 《ACS AMI》：一種新型添加劑改善高溫高壓下鋰電池性能！ 軍工資源網 2022年02月09日 鋰離子電池在應用過程中，必須考慮在更廣泛的條件下保持穩定，包括溫度和電壓。阿貢國家實驗室的學者分享了一種新型添加劑，它能夠保護正極免受高溫和高電壓的影響，少量使用該添加劑，即可使正極材料在復雜電解液體系中保持穩定。相關成果以“Enabling High-Temperature and High-Voltage Lithium-Ion Battery Performance through a Novel Cathode Surface-Targeted Additive”發表在ACS Applied Materials & Interfaces上。原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c18493鋰離子電池是一種廣泛使用的電化學存儲方法，可用于從手機到車輛再到電網存儲的各種技術，因此它們需要承受這種應用所經歷的各種條件，同時在對更高能量密度的要求下保持穩定的性能。然而，實現所需能量密度需要的更高電壓和應用過程中引起的溫度升高是鋰離子電池面臨的問題，電池的容量和壽命都會明顯降低。多余的能量會增加整個體系的反應速率，包括正極表面的氧化反應，從而導致電解質分解；這些反應也會降低電極的穩定性，鋰的脫出會導致巖鹽結構和容量降低；最后會導致過渡金屬溶解，從正極中脫出金屬離子，并導致負極表面固態電解質厚度增加。 所有這些影響都發生在電極表面，這使得研究者優先關注電極-電解質界面的穩定性。研究者非常關注非原位功能化，即活性材料在組裝電池之前涂上一薄層惰性材料，但在工業規模上使用涂層方法對于電極所需的納米結構材料來說太厚，而原子層沉積（ALD）等替代方法成本太高，無法廣泛應用。另一種選擇是使用電解液添加劑，從理論上講，電解液添加劑能夠原位保護正極表面。磷基添加劑，如三（六氟異丙基）磷酸鹽（HFiP）已經取得了效果，提高了材料容量保持率，并降低了在高于4.5V下循環的正極的阻抗增長。最有希望的添加劑類別是硼酸鹽，特別是基于草酸鹽陰離子的，如雙（草酸）硼酸鋰（LiBOB）和二氟（草酸）硼酸鋰（LiD-FOB）。 在本文中，作者提出了一種有針對性的正極添加劑來解決高溫高壓下材料容量和壽命衰減的問題，其使用一種已知能夠與正極中的過渡金屬有強烈相互作用的物質，從而能夠用少量添加劑選擇性地修飾其表面，這一策略可在未來應用于開發更多用于穩定正極材料的添加劑。作者報道的一種基于異羥肟酸LiBnHA的新型電解質添加劑。異羥肟酸鹽的強配位性質使添加劑能夠定向到正極表面，從而改善鋰離子電池在高溫和高壓下的性能，隨著VC標準添加劑的加入，庫侖效率、容量保持率都有所提高。分析表明，LiBnHA在電化學過程之前通過早期化學反應改變正極表面的反應過程，作者認為這是電解液設計中的一個有價值的組成部分，因為其性質允許其功能與其他添加劑結合，共同發揮作用。（文：李澍）圖1苯并羥肟酸鋰（LiBnHA）的化學結構圖2使用LiBnHA作為螯合添加劑的正極表面保護機制圖3隨著LiBnHA的增加，LCO/石墨全電池首周循環的dQ/dV曲線圖4電解質中LiBnHA含量增加的首周放電容量和鋰化過電位圖5LiBnHA對材料循環性能和不同溫度下平均充放電電壓差的影響圖6含LiBnHA電解質電池在不同溫度下循環后的電化學阻抗譜（EIS）圖7含不同含量添加劑的電解液在4.4V下循環時電池的比容量和庫侖效率圖8比容量和庫侖效率以及含有不同添加劑的電解液在4.4V下循環時電池的平均充放電電壓差圖9100次循環后LCO電極的C1s、F1s、P2p和N1s XPS光譜
