Az elektrolitban lévő VC-tartalom hatása a lítium-vas-foszfátra

A vinilén-karbonát (VC) kiválóan alkalmazkodik mind a magas, mind az alacsony hőmérsékletekhez. VC hozzáadása az elektrolithoz segíthet egy stabilabb SEI réteg kialakításában az anód felületén lítium akkumulátorokban. Ezért a VC-tartalom jelentős hatással van a lítium-vas-foszfát (LiFePO₄) akkumulátorok teljesítményére. Ez a tanulmány kifejezetten a VC-tartalomnak a LiFePO₄ akkumulátorok elektrokémiai teljesítményére gyakorolt ​​hatását vizsgálja alacsony hőmérsékleti körülmények között. A LiFePO₄ akkumulátorokat széles körben használják új energetikai járművekben és energiatároló rendszerekben magas biztonságuk, hosszú élettartamuk, környezetbarátságuk és viszonylag alacsony költségük miatt. Azonban olyan problémákkal szembesülnek, mint a kisülési kapacitás csökkenése és az energiavisszatartás alacsony hőmérsékleten (különösen -20 fok alatt), ami korlátozza használatukat a hideg területeken. A probléma megoldása érdekében gyakran olyan funkcionális adalékokat adnak az elektrolithoz, mint a VC, hogy javítsák az alacsony hőmérsékletű ionvezetőképességet, elnyomják a mellékreakciókat és stabilizálják az elektróda interfészét, ezáltal javítva az akkumulátor teljesítményét alacsony hőmérsékleten.

Ebben a vizsgálatban négyféle, különböző VC-tartalmú (3,0%, 3,2%, 3,5%, 3,8%) LiFePO₄ akkumulátor-elektrolitot készítettek és állítottak össze tasakcellákba. A katód LiFePO4-et, az anód pedig mesterséges grafitot használt. Az összes akkumulátort azonos eljárási körülmények között készítették elő, és formáláson és kapacitásdiszperzión mentek keresztül. Elektrokémiai teszteket végeztek minden akkumulátorcsoporton -30 fokon, hogy szisztematikusan összehasonlítsák a kulcsfontosságú teljesítménymutatókat, például az alacsony hőmérsékletű kisütési kapacitást, az egyenáram-ellenállást (DCR), az energiahatékonyságot és a ciklus élettartamát.

1. Alacsony-hőmérsékletű kisülési kapacitás

Az akkumulátor CV-görbéinek alacsony hőmérsékletű -hőmérsékletű tesztelésével, és az akkumulátor kapacitásának kiszámításával a CV-görbék integrált területéből.

Amikor a VC-tartalom 3,5%, az akkumulátor -30 fokon (5,6 Ah) mutatja a legnagyobb kisütési kapacitást, ami lényegesen jobb, mint a többi csoport (3,0%, 3,2% és 3,8% 4,6 Ah-nak, 5,0 Ah-nak és 5,0 Ah-nak felel meg). Megfelelő mennyiségű VC csökkentheti az elektrolit fagyáspontját, növelheti az ionok mobilitását és elnyomhatja az oldószer kristályosodását, ezáltal javítva az alacsony hőmérsékletű kisülési teljesítményt.

2. Egyenáramú ellenállás (DCR)

Az akkumulátor DCR-tesztjei azt mutatják, hogy amikor a VC tartalom 3,5%, a DCR a legalacsonyabb (0,76 mΩ), ami alacsonyabb határfelületi ellenállást és nagyobb lítium-iontranszport hatékonyságot jelez. A túlzott VC-tartalom (pl. 3,8%) a DCR növekedéséhez vezet, ami arra utal, hogy a túl sok VC növelheti a határfelületi reakció ellenállását.

3. Alacsony-hőmérsékletű energiahatékonyság

Ha a VC-tartalom 3,5%, az akkumulátor -30 fokon (82,0%) mutatja a legmagasabb energiahatékonyságot, megelőzve a többi csoportot (72,5-79,0%). Ez annak tulajdonítható, hogy a VC elősegíti a stabil SEI film kialakulását, csökkenti a polarizációs veszteségeket és javítja az energiaátalakítás hatékonyságát.

4. Életciklus

300 ciklus után a 3,5%-os VC-tartalmú akkumulátor mutatja a legnagyobb kapacitásmegtartást (97,5%), felülmúlva a többi csoportot (90,0%~96,1%). A VC képes dinamikusan kijavítani a SEI film hibáit a kerékpározás során, gátolja az elektrolit lebomlását és a gázképződést, ezáltal meghosszabbítja az akkumulátor élettartamát alacsony hőmérsékleten.

ACEY-BA3040-20akkumulátorciklus-vizsgáló berendezésaz akkumulátor élettartamának, megbízhatóságának, kapacitásának és egyéb paramétereinek tesztelésére szolgál ciklikus töltési és kisütési teszten keresztül.

• A VC előnyösen redukálódik a grafitos anód felületén az oldószermolekulák előtt a kezdeti töltési és kisütési folyamat során, és egy sűrű SEI filmet képez, amely szervetlen komponensekben, például Li2CO3-ban gazdag. Ennek a filmnek viszonylag magas a lítium-ion diffúziós együtthatója.

• Megfelelő mennyiségű VC optimalizálhatja az elektrolit szolvatációs szerkezetét, csökkentheti a viszkozitást és javíthatja az ionvezetőképességet alacsony hőmérsékleten.

• A túlzott VC túl vastag SEI filmréteget vagy megnövekedett impedanciát eredményezhet, ami valójában káros a teljesítmény javítására.

Bár a cikkben kísérleteket végeztek különböző mennyiségű VC összehasonlításával és bizonyos teszteket, amelyek meghatározták az optimális VC-tartalmat ebben a kísérletben, nem tartalmazott VC nélküli kontrollcsoportot. Ezért nem lehet azt a következtetést levonni, hogy a VC hozzáadása szükségszerűen javítja az akkumulátor teljesítményét.