Ефекат садржаја ВЦ у електролиту на литијум гвожђе фосфат

Винилен карбонат (ВЦ) има одличну прилагодљивост и високим и ниским температурама. Додавање ВЦ у електролит може помоћи у формирању стабилнијег СЕИ слоја на површини аноде у литијумским батеријама. Дакле, садржај ВЦ има значајан утицај на перформансе литијум гвожђе фосфатних (ЛиФеПО₄) батерија. Овај рад посебно проучава утицај садржаја ВЦ на електрохемијске перформансе ЛиФеПО₄ батерија у условима ниских{3}}температура. ЛиФеПО₄ батерије се широко користе у новим енергетским возилима и системима за складиштење енергије због своје високе сигурности, дугог животног века, еколошке прихватљивости и релативно ниске цене. Међутим, они се суочавају са проблемима као што су опадање капацитета пражњења и смањено задржавање енергије на ниским температурама (нарочито испод -20 степени), што ограничава њихову употребу у хладним регионима. Да би се решио овај проблем, функционални адитиви као што је ВЦ се често додају у електролит да би се побољшала јонска проводљивост при ниској-јонској проводљивости, сузбиле нуспојаве и стабилизовао интерфејс електроде, чиме се побољшавају перформансе батерије на ниским температурама.

У овој студији, четири врсте електролита ЛиФеПО₄ батерија са различитим садржајем ВЦ (3,0%, 3,2%, 3,5%, 3,8%) су припремљене и састављене у врећице. Катода је користила ЛиФеПО₄, а анода је користила вештачки графит. Све батерије су припремљене под истим процесним условима и подвргнуте формирању и дисперзији капацитета. Електрохемијски тестови су спроведени на свакој групи батерија на -30 степени да би се систематски упоредили кључни индикатори перформанси као што су капацитет пражњења при ниској температури, отпор једносмерне струје (ДЦР), енергетска ефикасност и животни век.

1. Ниска-капацитет пражњења

Тестирањем ЦВ криве батерије у условима ниске{0}}температуре и израчунавањем капацитета батерије из интегрисане области ЦВ кривих.

Када је садржај ВЦ 3,5%, батерија показује највећи капацитет пражњења на -30 степени (5,6 Ах), значајно боље од осталих група (3,0%, 3,2% и 3,8% одговарају 4,6 Ах, 5,0 Ах, односно 5,0 Ах). Одговарајућа количина ВЦ може смањити тачку смрзавања електролита, повећати покретљивост јона и потиснути кристализацију растварача, чиме се побољшавају перформансе пражњења при ниским температурама.

2. Отпор једносмерне струје (ДЦР)

ДЦР тестови батерије показују да када је садржај ВЦ 3,5%, ДЦР је најнижи (0,76 мΩ), што указује на нижи међуфазни отпор и већу ефикасност транспорта литијум{2}}јона. Превелик садржај ВЦ (нпр. 3,8%) доводи до повећања ДЦР, што сугерише да превише ВЦ може повећати отпорност међуфазних реакција.

3. Енергетска ефикасност-ниских температура

Када је садржај ВЦ 3,5%, батерија показује највећу енергетску ефикасност на -30 степени (82,0%), надмашујући друге групе (72,5%~79,0%). Ово се приписује ВЦ који промовише формирање стабилног СЕИ филма, смањује губитке поларизације и повећава ефикасност конверзије енергије.

4. Животни циклус

Након 300 циклуса, батерија са 3,5% ВЦ садржаја показује највећи капацитет задржавања (97,5%), надмашујући друге групе (90,0%~96,1%). ВЦ може динамички да поправи дефекте СЕИ филма током циклуса, инхибира разградњу електролита и стварање гаса, чиме се продужава животни век батерије на ниским температурама.

АЦЕИ{0}БА3040-20опрема за испитивање циклуса батеријесе користи за тестирање животног века, поузданости, капацитета и других параметара батерије кроз тест цикличног пуњења и пражњења.

• ВЦ се првенствено смањује на површини графитне аноде пре молекула растварача током почетног процеса пуњења и пражњења, формирајући густ СЕИ филм богат неорганским компонентама као што је Ли₂ЦО₃. Овај филм има релативно висок коефицијент дифузије литијум{1}јона.

• Одговарајућа количина ВЦ може оптимизовати солвациону структуру електролита, смањити вискозитет и побољшати јонску проводљивост на ниским температурама.

• Превелик ВЦ може довести до прегустог СЕИ филма или повећане импедансе, што је заправо штетно за побољшање перформанси.

Иако је чланак спровео експерименте упоређујући различите количине ВЦ и извршио одређене тестове, идентификујући оптимални садржај ВЦ у овом експерименту, није укључио контролну групу без ВЦ. Стога се не може закључити да додавање ВЦ нужно побољшава перформансе батерије.