يمكن لكمية صغيرة من مواد التخزين غير الطاقة المستخدمة في بطاريات أيونات الليثيوم أن تحسن بشكل كبير أداء معين للبطارية ، وتسمى هذه الكميات الصغيرة إضافات. تحتوي إضافات المنحل بالكهرباء العضوية على الخصائص المتميزة ل "الجرعة المنخفضة (أقل من 5٪ بشكل عام من حيث الحجم أو نسبة الكتلة) والتأثير السريع" ، والتي يمكن أن تحسن بشكل كبير بعض الخصائص العيانية لبطاريات الليثيوم أيون دون زيادة تكلفة البطارية []. يجب أن تحتوي الإضافات بشكل عام على الخصائص التالية:
(1) يمكن تحسين أداء واحد أو عدة من البطارية مع استخدام أقل؛
(2) ليس له أي آثار جانبية على أداء البطارية ولا يسبب ردود فعل جانبية مع المواد الأخرى التي تشكل البطارية.
(3) لديها توافق جيد مع المنحل بالكهرباء العضوية، وأنه من الأفضل أن تكون قابلة للذوبان بسهولة في المذيبات؛
(4) السعر منخفض نسبيا، لا سمية أو سمية منخفضة؛ في الوقت الحاضر ، يركز بحث إضافات المنحل بالكهرباء لبطارية أيونات الليثيوم بشكل رئيسي على الجوانب التالية:
(1) تحسين استقرار الفيلم SEI [7073);
(2) تحسين أداء سلامة البطارية [4-70؛
(3) التحكم في محتوى الحمض والماء في المنحل بالكهرباء؛
(4) تحسين الموصلية من المنحل بالكهرباء [8-7 إلى.
1. إضافات لتحسين استقرار الفيلم SEI من بطاريات الليثيوم أيون
فيلم SEl (واجهة المنحل بالكهرباء الصلبة) ، أي فيلم واجهة مرحلة المنحل بالكهرباء الصلبة ، هو فيلم تخميل تم تشكيله على سطح القطب الكهربائي السلبي لبطارية أيونات الليثيوم لعزل المنحل بالكهرباء من القطب السلبي لمواد الكربون / الليثيوم. يتم تشكيل فيلم SEl أثناء ركوب الدراجات الأولي لبطارية أيونات الليثيوم. تحت إمكانات معينة ، في واجهة القطب / المنحل بالكهرباء السلبية ، تخضع جزيئات المذيبات العضوية وأنيونات ملح الليثيوم والشوائب والمواد المضافة للتحلل الاختزالي لتشكيل مواد غير قابلة للذوبان والإيداع على سطح القطب الكهربائي.
تنقسم إضافات تشكيل الأفلام إلى إضافات عضوية لتشكيل الأفلام وإضافات غير عضوية لتشكيل الأفلام.
وتشمل المواد المضافة العضوية التي تشكل الأفلام إضافات الكبريتيت والمواد المضافة دون الشب وإضافات السلفونات.
وتشمل إضافات الكبريتيت شائعة الاستخدام سلفيت الفينيل (ES)، كبريت البروبيلين (PS)، كبريت ثنائي ميثيل (DMS)، كبريت ديثيل (DES)، الخ 18]. المكونات الرئيسية للفيلم SEI التي شكلتها الحد من وتحلل إضافات الكبريتيت على سطح القطب السلبي الكربون هي الأملاح غير العضوية ليز، LizSO. أو LiuSO، والأملاح العضوية ROSO2Lil81]. ويرتبط التكوين المحدد أيضا بالكثافة الحالية. تحت كثافة التيار العالي، يتم توليد ملح الليثيوم غير العضوي لأول مرة.
يظهر مكون ملح الليثيوم العضوي فقط أقل من 0.5 فولت؛ في الكثافة الحالية المنخفضة ، يترسب ملح الليثيوم العضوي عند 1.5 فولت ، ومن ثم لا يتم تشكيل ملح غير عضوي. قوة الفيلم من إضافات كبريت مختلفة في واجهة أنود الكربون هو ES>PS2DMS>DES.
المواد المضافة 28 وتشمل ثنائي ميثيل subsulfate (DMSO), بوتيل subsine, إيثيل ميثيل subsulphate (EMS)، سيكلوبروبيل subsulphate (TriMS)، 1-ميثيل سيكلوبروبيل subsulphate (MTS)، إيثيل ثانية بوتيل سلفيت (EsBS)، الإيثيل ايزوبوتيل سلفيت (EiPS) و 3،3،3-trifluoropropylmethyl سلفيت (FPMS)، الخ.
2. إضافات لتحسين أداء سلامة بطاريات أيونات الليثيوم
قضايا السلامة هي شرط أساسي مهم للابتكار في سوق بطاريات الليثيوم أيون، وخاصة التطبيقات في السيارات الكهربائية وغيرها من المجالات المطروحة متطلبات أعلى وأحدث لسلامة البطارية. تنبعث من بطاريات الليثيوم أيون الثانوية الكثير من الحرارة عندما تكون مشحونة وتفريغها ، وقصيرة الدائرة ، وتعمل لفترة طويلة مع التيارات الكبيرة. تصبح هذه الحرارة خطرا على سلامة الشوارد القابلة للاشتعال ، والتي قد تسبب انهيارا حراريا كارثيا (هاربا حراريا) أو حتى انفجار البطارية [8]. يمكن أن تؤدي إضافة إضافات مثبطة للهب إلى تحويل المنحل بالكهرباء العضوي القابل للاشتعال إلى إلكتروليت غير قابل للاشتعال أو غير قابل للاشتعال ، وتقليل قيمة إطلاق الحرارة في البطارية ومعدل التدفئة الذاتية للبطارية ، وكذلك زيادة الاستقرار الحراري للكهارل نفسه لمنع البطارية من السخونة الزائدة. حرق أو انفجار تحت.
3. إضافات للسيطرة على حمض ومحتوى المياه في المنحل بالكهرباء من بطاريات أيونات الليثيوم
الكميات النزرة من الماء وHF في المنحل بالكهرباء العضوية لها تأثير معين على تشكيل فيلم SEl الممتاز ، والذي يمكن رؤيته من تفاعل المذيبات مثل EC والكمبيوتر الشخصي في واجهة القطب الكهربائي. ولكن المحتوى العالي جدا من الماء والحمض (HF) لن يؤدي فقط إلى LiPF. التحلل ، وسوف تدمر الفيلم SEI [8]. عندما يتم إضافة AlbO3 ، MgO ، باو ، وكربونات الليثيوم أو الكالسيوم كإضافات إلى المنحل بالكهرباء ، فإنها تتفاعل مع كمية صغيرة من HF في المنحل بالكهرباء ، وتقلل من محتوى HF ، وتمنع تلفها للقطب الكهربائي وتحلل LiPF6 يعمل الحفز على تحسين استقرار المنحل بالكهرباء ، وبالتالي تحسين أداء البطارية. ومع ذلك ، فإن هذه المواد بطيئة لإزالة HF ، لذلك من الصعب منع HF من إتلاف أداء البطارية. على الرغم من أن بعض مركبات أنهيدريد الحمضية يمكن أن تزيل بسرعة HF، فإنها سوف تنتج أيضا مواد حمضية أخرى تضر أداء البطارية. يمكن أن تشكل مركبات ألكان ديمين روابط هيدروجينية ضعيفة مع جزيئات الماء من خلال ذرات الهيدروجين في الجزيء ، وبالتالي منع الماء وLiPF. التفاعل ينتج HF.
4. إضافات موصلة
التوصيل العالي للكهارل هو ضمان مهم للحد من مقاومة الهجرة من مضاءة وتحسين أداء الشحن والتفريغ من البطارية. دور المضافة التوصيلية هو أن جزيء المضافة والكهارل أيون الخضوع لرد فعل التنسيق لتعزيز حل وتأين ملح الليثيوم، والحد من دائرة نصف قطرها حل أيونات الليثيوم حلها، ومنع المذيبات المشتركة من إتلاف القطب. وفقا لتفاعلها مع أيونات المنحل بالكهرباء في المنحل بالكهرباء ، يمكن تقسيمها إلى نوع تفاعل cation (cation ligand) ، ونوع تفاعل أنيون (anion ligand) ونوع تفاعل أيون المنحل بالكهرباء (ligaد محايد).
5. إضافات لتحسين أداء درجة الحرارة المنخفضة
الأداء في درجات الحرارة المنخفضة هو أحد العوامل الهامة في توسيع نطاق استخدام بطاريات أيونات الليثيوم، وهو أيضا أمر لا بد منه في تكنولوجيا الفضاء الجوي الحالية. N, N-Dimethyltrifluoroacetamide لديه لزوجة منخفضة (1.09mPa-s, 25°C), نقطة غليان عالية (135°C) ونقطة فلاش (72°C). لديها قدرة جيدة على تشكيل الفيلم على سطح الجرافيت. القطب الإيجابي لديه أيضا استقرار الأكسدة جيدة، والبطارية تجميعها لديها أداء دورة ممتازة في درجات حرارة منخفضة. البوريدات العضوية والكربونات المحتوية على الفلور تؤدي أيضا إلى تحسين أداء البطارية منخفضة الحرارة.
6. إضافات متعددة الوظائف
وتسمى المضافات التي لها وظيفتين أو أكثر في نفس الوقت إضافات متعددة الوظائف. المضافات متعددة الوظائف هي إضافات مثالية لبطاريات أيونات الليثيوم. يمكن أن تحسن أداء الشوارد في نواح كثيرة وتلعب دورا بارزا في تحسين الأداء الكهروكيميائية الشاملة لبطاريات أيونات الليثيوم. وهي أصبحت الاتجاه الرئيسي للبحث والتطوير من المواد المضافة في المستقبل.
في الواقع ، بعض الإضافات الموجودة هي نفسها إضافات متعددة الوظائف. مثل 12-crown-4 الأثير / 8] بعد إضافة مذيب PC، مع تحسين الموصلية من لي نفسها، وتأثير electrophilic من ليغند التاج على سطح القطب يجعل إمكانية لي رد فعل مع جزيئات المذيبات في واجهة القطب خفضت إلى حد كبير. تأثير حل تفضيلي من الأثير التاج على لي يمنع الإدراج المشترك لجزيئات الكمبيوتر، ويتم تحسين غشاء SEI من واجهة التحليل الكهربائي، مما يقلل من فقدان القدرة لا رجعة فيه الأولى من القطب. وبالإضافة إلى ذلك، المذيبات العضوية المفلورة، استر الفوسفات المهلجنة مثل BTE وTTFP، الخ إضافة إلى المنحل بالكهرباء ليس فقط تساعد على تشكيل فيلم SEl ممتازة، ولكن أيضا لها تأثير معين أو حتى واضح لهب المثبط على المنحل بالكهرباء، مما يحسن العديد من جوانب البطارية. اداء.
