Một lượng nhỏ vật liệu lưu trữ phi năng lượng được sử dụng trong pin lithium-ion có thể cải thiện đáng kể hiệu suất nhất định của pin và những lượng nhỏ này được gọi là chất phụ gia. Các chất phụ gia điện phân hữu cơ có các đặc điểm nổi bật của" liều lượng thấp (thường nhỏ hơn 5% theo thể tích hoặc tỷ lệ khối lượng) và tác dụng nhanh" ;, có thể cải thiện đáng kể một số đặc tính vĩ mô của pin lithium-ion mà không làm tăng chi phí cục pin []. Các chất phụ gia thường phải có các đặc điểm sau:
(1) Một hoặc một số hiệu suất của pin có thể được cải thiện với mức sử dụng ít hơn;
(2) Nó không có tác dụng phụ đối với hiệu suất của pin và không gây ra phản ứng phụ với các vật liệu khác cấu thành pin;
(3) Nó có khả năng tương thích tốt với chất điện phân hữu cơ, và tốt nhất là dễ hòa tan trong dung môi;
(4) Giá tương đối thấp, không có độc tính hoặc độc tính thấp; Hiện tại, việc nghiên cứu các chất phụ gia điện phân pin lithium ion chủ yếu tập trung vào các khía cạnh sau:
(1) Cải thiện độ ổn định của màng SEI [7073);
(2) Cải thiện hiệu suất an toàn của pin [4-70;
(3) Kiểm soát hàm lượng axit và nước trong chất điện phân;
(4) Cải thiện độ dẫn điện của chất điện phân [8-7 đến.
1. Phụ gia để cải thiện độ ổn định của màng SEI của pin lithium-ion
Phim SEl (Solid Electrolyte Interface), tức là phim giao diện pha chất điện ly rắn, là một màng thụ động được hình thành trên bề mặt điện cực âm của pin lithium ion để cách ly chất điện phân khỏi vật liệu carbon / điện cực âm lithium. Màng SEl được hình thành trong quá trình quay vòng ban đầu của pin lithium-ion. Dưới một điện thế nhất định, tại giao diện điện cực / điện cực âm, các phân tử dung môi hữu cơ, anion muối lithium, tạp chất và phụ gia trải qua quá trình phân hủy khử để tạo thành các chất không hòa tan và lắng đọng trên bề mặt điện cực.
Phụ gia tạo màng được chia thành phụ gia tạo màng hữu cơ và phụ gia tạo màng vô cơ.
Phụ gia tạo màng hữu cơ bao gồm phụ gia sulfit, phụ gia phèn phụ và phụ gia sulfonat.
Phụ gia sulfit thường được sử dụng bao gồm vinyl sulfit (ES), propylen sulfit (PS), dimetyl sulfit (DMS), dietyl sulfit (DES), v.v. 18]. Thành phần chính của màng SEI hình thành do quá trình khử và phân hủy các chất phụ gia sulfit bám trên bề mặt điện cực âm cacbon là các muối vô cơ LizS, LizSO; hoặc LiuSO, và muối hữu cơ ROSO2Lil81]. Thành phần cụ thể cũng liên quan đến mật độ dòng điện. Dưới mật độ dòng điện cao, muối lithium vô cơ lần đầu tiên được tạo ra.
Thành phần muối liti hữu cơ chỉ xuất hiện dưới 0,5V; ở mật độ dòng điện thấp, muối liti hữu cơ kết tủa ở 1,5V, và sau đó không có muối vô cơ nào được tạo thành. Độ bền màng của các chất phụ gia sulfit khác nhau tại bề mặt phân cách của cực dương cacbon là ES> PS2DMS> DES.
Các chất phụ gia 28 bao gồm dimethyl subsulfate (DMSO), butyl subsine, ethyl subsine (EMS), cyclopropyl subsulphate (TriMS), 1-methylcyclopropyl subsulphate (MTS), Ethyl sec-butyl sulfite (EsBS), ethyl isobutyl sulfite (EiPS) và 3,3,3-trifluoropropylmethyl sulfit (FPMS), v.v.
2. Phụ gia để cải thiện hiệu suất an toàn của pin lithium-ion
Vấn đề an toàn là tiền đề quan trọng cho sự đổi mới của thị trường pin lithium-ion, đặc biệt là các ứng dụng trong xe điện và các lĩnh vực khác đặt ra các yêu cầu cao hơn và mới hơn về an toàn pin. Pin thứ cấp Lithium-ion tỏa ra rất nhiều nhiệt khi chúng được sạc quá mức và phóng điện, đoản mạch và hoạt động trong thời gian dài với dòng điện lớn. Nhiệt này trở thành mối nguy an toàn đối với các chất điện phân dễ cháy, có thể gây ra sự cố nhiệt nghiêm trọng (thoát nhiệt) hoặc thậm chí nổ pin [8]. Việc bổ sung các chất phụ gia chống cháy có thể biến chất điện phân hữu cơ dễ cháy thành chất điện phân không cháy hoặc không bắt lửa, giảm giá trị tỏa nhiệt của pin&# 39 và tốc độ tự làm nóng của pin, đồng thời cũng tăng độ ổn định nhiệt của pin tự điện phân để ngăn pin quá nóng. Đang cháy hoặc nổ dưới.
3. Phụ gia để kiểm soát hàm lượng axit và nước trong chất điện phân của pin lithium-ion
Các lượng nhỏ của nước và HF trong chất điện phân hữu cơ có ảnh hưởng nhất định đến việc hình thành màng SEl tuyệt vời, có thể thấy được từ phản ứng của các dung môi như EC và PC tại bề mặt điện cực. Nhưng hàm lượng nước và axit (HF) quá cao sẽ không chỉ dẫn đến LiPF. Phân hủy, và sẽ phá hủy phim SEI [8]. Khi AlbO3, MgO, Bao, và lithium hoặc canxi cacbonat được thêm vào làm chất phụ gia vào chất điện phân, chúng sẽ phản ứng với một lượng nhỏ HF trong chất điện phân, làm giảm hàm lượng HF và ngăn chặn sự phá hủy điện cực và sự phân hủy của LiPF6. xúc tác của chất điện phân cải thiện độ ổn định của chất điện phân, do đó cải thiện hiệu suất của pin. Tuy nhiên, các chất này loại bỏ HF chậm nên rất khó để ngăn chặn HF làm hỏng hiệu suất của pin. Mặc dù một số hợp chất anhydrit axit có thể nhanh chóng loại bỏ HF, nhưng chúng cũng sẽ tạo ra các chất có tính axit khác làm hỏng hiệu suất của pin. Các hợp chất alkane diimine có thể tạo liên kết hydro yếu với các phân tử nước thông qua các nguyên tử hydro trong phân tử, do đó ngăn cản nước và LiPF. Phản ứng tạo ra HF.
4. Phụ gia dẫn điện
Độ dẫn điện cao của chất điện phân là một đảm bảo quan trọng để giảm điện trở di chuyển của Lit và cải thiện hiệu suất sạc và xả của pin. Vai trò của chất phụ gia dẫn điện là phân tử phụ gia và ion chất điện ly trải qua phản ứng phối trí để thúc đẩy sự hòa tan và ion hóa của muối lithium, giảm bán kính solvat hóa của ion lithium hòa tan và ngăn cản sự đồng hóa của dung môi làm hỏng điện cực. Theo tương tác của nó với các ion chất trong chất điện ly, nó có thể được chia thành loại tương tác cation (phối tử cation), loại tương tác anion (phối tử anion) và loại tương tác ion chất điện ly (phối tử trung tính yl).
5. Phụ gia để cải thiện hiệu suất nhiệt độ thấp
Hiệu suất nhiệt độ thấp là một trong những yếu tố quan trọng trong việc mở rộng phạm vi sử dụng của pin lithium-ion, và nó cũng là yếu tố bắt buộc phải có trong công nghệ hàng không vũ trụ hiện nay. N, N-Dimethyltrifluoroacetamide có độ nhớt thấp (1,09mPa-s, 25 ℃), điểm sôi cao (135 ℃) và điểm chớp cháy (72 ℃). Nó có khả năng tạo màng tốt trên bề mặt than chì. Điện cực dương cũng có tính ổn định oxy hóa tốt và pin được lắp ráp có hiệu suất chu kỳ tuyệt vời ở nhiệt độ thấp. Các borid hữu cơ và cacbonat chứa flo cũng có lợi cho việc cải thiện hiệu suất ở nhiệt độ thấp của pin.
6. Phụ gia đa chức năng
Phụ gia có hai hoặc nhiều chức năng cùng một lúc được gọi là phụ gia đa chức năng. Phụ gia đa chức năng là phụ gia lý tưởng cho pin lithium-ion. Chúng có thể cải thiện hiệu suất của chất điện phân theo nhiều cách và đóng một vai trò nổi bật trong việc cải thiện hiệu suất điện hóa tổng thể của pin lithium-ion. Chúng đang trở thành hướng nghiên cứu và phát triển phụ gia chính trong tương lai.
Trên thực tế, một số phụ gia hiện có tự thân là phụ gia đa chức năng. Chẳng hạn như 12-crown-4 ether / 8] Sau khi thêm dung môi PC, đồng thời cải thiện độ dẫn của bản thân Li, hiệu ứng điện hóa của phối tử Crown trên bề mặt điện cực làm cho khả năng Li phản ứng với các phân tử dung môi tại bề mặt điện cực giảm đáng kể. . Hiệu ứng solvat hóa ưu tiên của ete vương miện trên Li ức chế sự đồng chèn của các phân tử PC, và màng SEI của giao diện điện phân được tối ưu hóa, làm giảm tổn thất dung lượng không thể đảo ngược đầu tiên của điện cực. Ngoài ra, dung môi hữu cơ flo hóa, este photphat halogen hóa như BTE và TTFP, v.v. được thêm vào chất điện phân không chỉ giúp tạo thành màng SEl tuyệt vời, mà còn có tác dụng chống cháy nhất định hoặc thậm chí rõ ràng trên chất điện phân, giúp cải thiện nhiều các khía cạnh của pin. hiệu suất.
