સ્ત્રોત: નવી ઊર્જા નેતા, દ્વારા
એબ્સ્ટ્રેક્ટ: હાલમાં, કોમર્શિયલ લિથિયમ-આયન બેટરી ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં લિથિયમ ક્ષાર મુખ્યત્વે LiPF6 છે અને LiPF6 એ ઇલેક્ટ્રોલાઇટને ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રદર્શન આપ્યું છે, પરંતુ LiPF6 નબળી થર્મલ અને રાસાયણિક સ્થિરતા ધરાવે છે, અને તે પાણી પ્રત્યે ખૂબ જ સંવેદનશીલ છે.
હાલમાં, વ્યાપારી લિથિયમ-આયન બેટરી ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં લિથિયમ ક્ષાર મુખ્યત્વે LiPF6 છે અને LiPF6 એ ઇલેક્ટ્રોલાઇટને ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રદર્શન આપ્યું છે.જો કે, LiPF6 ની થર્મલ અને રાસાયણિક સ્થિરતા નબળી છે, અને તે પાણી માટે ખૂબ જ સંવેદનશીલ છે.H2O ની થોડી માત્રાની ક્રિયા હેઠળ, HF જેવા એસિડ પદાર્થોનું વિઘટન થશે, અને પછી સકારાત્મક સામગ્રી કાટમાં આવશે, અને સંક્રમણ ધાતુના તત્વો ઓગળી જશે, અને SEI ફિલ્મનો નાશ કરવા માટે નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી સ્થાનાંતરિત થશે. , પરિણામો દર્શાવે છે કે SEI ફિલ્મ સતત વધતી જાય છે, જે લિથિયમ-આયન બેટરીની ક્ષમતામાં સતત ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે.
આ સમસ્યાઓ દૂર કરવા માટે, લોકોએ આશા રાખી છે કે વધુ સ્થિર H2O અને વધુ સારી થર્મલ અને રાસાયણિક સ્થિરતા સાથે ઇમાઇડના લિથિયમ ક્ષાર, જેમ કે લિથિયમ ક્ષાર જેમ કે LiTFSI, lifsi અને liftfsi, ખર્ચના પરિબળો અને લિથિયમ ક્ષારના આયનોને કારણે મર્યાદિત છે. જેમ કે અલ ફોઇલ વગેરેના કાટ માટે LiTFSI ઉકેલી શકાતું નથી, LiTFSI લિથિયમ મીઠું વ્યવહારમાં લાગુ કરવામાં આવ્યું નથી.તાજેતરમાં, જર્મન HIU પ્રયોગશાળાના VARVARA શારોવાએ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઉમેરણો તરીકે ઇમાઇડ લિથિયમ ક્ષારના ઉપયોગ માટે એક નવો માર્ગ શોધી કાઢ્યો છે.
લિ-આયન બેટરીમાં ગ્રેફાઇટ નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડની ઓછી સંભાવના તેની સપાટી પર ઇલેક્ટ્રોલાઇટના વિઘટન તરફ દોરી જશે, પેસિવેશન લેયર બનાવે છે, જેને SEI ફિલ્મ કહેવામાં આવે છે.SEI ફિલ્મ નકારાત્મક સપાટી પર ઇલેક્ટ્રોલાઇટને વિઘટનથી અટકાવી શકે છે, તેથી SEI ફિલ્મની સ્થિરતા લિથિયમ-આયન બેટરીની ચક્ર સ્થિરતા પર નિર્ણાયક પ્રભાવ ધરાવે છે.જોકે લિથિયમ ક્ષાર જેમ કે LiTFSI થોડા સમય માટે કોમર્શિયલ ઈલેક્ટ્રોલાઈટના દ્રાવ્ય તરીકે ઉપયોગમાં લઈ શકાતું નથી, તે ઉમેરણો તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે અને તેણે ખૂબ સારા પરિણામો પ્રાપ્ત કર્યા છે.વરવરા શારોવા પ્રયોગમાં જાણવા મળ્યું છે કે ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં 2wt% LiTFSI ઉમેરવાથી lifepo4/ ગ્રેફાઇટ બેટરીના ચક્ર પ્રદર્શનમાં અસરકારક રીતે સુધારો થઈ શકે છે: 20 ℃ પર 600 ચક્ર અને ક્ષમતામાં ઘટાડો 2% કરતા ઓછો છે.નિયંત્રણ જૂથમાં, 2wt% VC ઉમેરણ સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઉમેરવામાં આવે છે.સમાન પરિસ્થિતિઓમાં, બેટરીની ક્ષમતામાં ઘટાડો લગભગ 20% સુધી પહોંચે છે.
લિથિયમ-આયન બેટરીના પ્રદર્શન પર વિવિધ ઉમેરણોની અસર ચકાસવા માટે, ઉમેરણો વિના ખાલી જૂથ lp30 (EC: DMC = 1:1) અને VC, LiTFSI, lifsi અને liftfsi સાથેના પ્રાયોગિક જૂથને વર્વરવરા શારોવા દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. અનુક્રમેઆ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની કામગીરીનું મૂલ્યાંકન બટન અડધા કોષ અને સંપૂર્ણ કોષ દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું.
ઉપરોક્ત આકૃતિ ખાલી નિયંત્રણ જૂથ અને પ્રાયોગિક જૂથના ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના વોલ્ટમેટ્રિક વળાંકો દર્શાવે છે.ઘટાડા પ્રક્રિયા દરમિયાન, અમે નોંધ્યું કે ખાલી જૂથના ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં લગભગ 0.65v પર સ્પષ્ટ વર્તમાન શિખર દેખાય છે, જે EC દ્રાવકના ઘટાડા વિઘટનને અનુરૂપ છે.વીસી એડિટિવ સાથે પ્રાયોગિક જૂથની વિઘટન વર્તમાન શિખર ઉચ્ચ સંભવિત તરફ સ્થળાંતરિત થઈ, જેનું મુખ્ય કારણ હતું કે વીસી એડિટિવનું વિઘટન વોલ્ટેજ EC કરતા વધારે હતું, તેથી, વિઘટન પ્રથમ થયું, જેણે EC ને સુરક્ષિત કર્યું.જો કે, LiTFSI, lifsi અને littfsi ઉમેરણો સાથે ઉમેરવામાં આવેલ ઇલેક્ટ્રોલાઇટના વોલ્ટમેટ્રિક વણાંકો ખાલી જૂથના કરતાં નોંધપાત્ર રીતે અલગ ન હતા, જે દર્શાવે છે કે ઇમાઇડ ઉમેરણો EC દ્રાવકના વિઘટનને ઘટાડી શકતા નથી.
ઉપરોક્ત આકૃતિ વિવિધ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં ગ્રેફાઇટ એનોડનું ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રદર્શન દર્શાવે છે.પ્રથમ ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જની કાર્યક્ષમતાથી, ખાલી જૂથની કુલોમ્બ કાર્યક્ષમતા 93.3% છે, LiTFSI, lifsi અને liftfsi સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની પ્રથમ કાર્યક્ષમતા અનુક્રમે 93.3%, 93.6% અને 93.8% છે.જો કે, VC એડિટિવ સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની પ્રથમ કાર્યક્ષમતા માત્ર 91.5% છે, જે મુખ્યત્વે કારણ કે ગ્રેફાઇટના પ્રથમ લિથિયમ ઇન્ટરકેલેશન દરમિયાન, VC ગ્રેફાઇટ એનોડની સપાટી પર વિઘટિત થાય છે અને વધુ લિનો વપરાશ કરે છે.
SEI ફિલ્મની રચનાનો આયનીય વાહકતા પર ઘણો પ્રભાવ પડશે અને તે પછી Li ion બેટરીના રેટ પ્રદર્શનને અસર કરશે.રેટ પર્ફોર્મન્સ ટેસ્ટમાં, એવું જાણવા મળ્યું છે કે લિફ્સી અને લિફ્ટએફસી એડિટિવ્સ સાથેના ઇલેક્ટ્રોલાઇટની ક્ષમતા ઉચ્ચ વર્તમાન સ્રાવમાં અન્ય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ કરતાં થોડી ઓછી છે.C/2 ચક્ર પરીક્ષણમાં, ઇમાઇડ એડિટિવ્સ સાથેના તમામ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનું ચક્ર પ્રદર્શન ખૂબ જ સ્થિર છે, જ્યારે VC ઉમેરણો સાથેના ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની ક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે.
લિથિયમ-આયન બેટરીના લાંબા ગાળાના ચક્રમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટની સ્થિરતાનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે, VARVARA શેરોવાએ બટન સેલ સાથે LiFePO4/ગ્રેફાઇટ સંપૂર્ણ સેલ પણ તૈયાર કર્યો, અને 20 ℃ અને 40 ℃ પર વિવિધ ઉમેરણો સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટના ચક્ર પ્રદર્શનનું મૂલ્યાંકન કર્યું.મૂલ્યાંકનના પરિણામો નીચેના કોષ્ટકમાં દર્શાવવામાં આવ્યા છે.તે ટેબલ પરથી જોઈ શકાય છે કે LiTFSI એડિટિવ સાથેના ઈલેક્ટ્રોલાઈટની કાર્યક્ષમતા VC એડિટિવની સરખામણીમાં નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે, અને 20 ℃ પર સાયકલ ચલાવવાની કામગીરી વધુ જબરજસ્ત છે.LiTFSI એડિટિવ સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ક્ષમતા જાળવી રાખવાનો દર 600 ચક્ર પછી 98.1% છે, જ્યારે VC ઉમેરણ સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ક્ષમતા જાળવી રાખવાનો દર માત્ર 79.6% છે.જો કે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ 40 ℃ પર સાયકલ કરવામાં આવે છે ત્યારે આ ફાયદો અદૃશ્ય થઈ જાય છે, અને તમામ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ સમાન સાયકલિંગ પ્રદર્શન ધરાવે છે.
ઉપરોક્ત વિશ્લેષણ પરથી, એ જોવું મુશ્કેલ નથી કે લિથિયમ-આયન બેટરીની ચક્ર કામગીરીમાં નોંધપાત્ર સુધારો થઈ શકે છે જ્યારે લિથિયમ ઈમાઈડ સોલ્ટનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોલાઈટ એડિટિવ તરીકે થાય છે.લિથિયમ-આયન બેટરીમાં LiTFSI જેવા ઉમેરણોની ક્રિયા પદ્ધતિનો અભ્યાસ કરવા માટે, VARVARA શારોવાએ XPS દ્વારા વિવિધ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં ગ્રેફાઇટ એનોડની સપાટી પર રચાયેલી SEI ફિલ્મની રચનાનું વિશ્લેષણ કર્યું.નીચેનો આંકડો પ્રથમ અને 50મા ચક્ર પછી ગ્રેફાઇટ એનોડની સપાટી પર રચાયેલી SEI ફિલ્મના XPS વિશ્લેષણ પરિણામો દર્શાવે છે.તે જોઈ શકાય છે કે LiTFSI એડિટિવ સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં રચાયેલી SEI ફિલ્મમાં LIF સામગ્રી VC એડિટિવ સાથેના ઇલેક્ટ્રોલાઇટ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે.SEI ફિલ્મની રચનાનું વધુ જથ્થાત્મક વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે SEI ફિલ્મમાં LIF સામગ્રીનો ક્રમ lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > પ્રથમ ચક્ર પછી ખાલી જૂથ છે, પરંતુ SEI ફિલ્મ પ્રથમ ચાર્જ પછી બદલાતી નથી.50 ચક્ર પછી, lifsi અને liftfsi ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં SEI ફિલ્મની LIF સામગ્રી અનુક્રમે 12% અને 43% ઘટી, જ્યારે LiTFSI સાથે ઉમેરવામાં આવેલ ઇલેક્ટ્રોલાઇટની LIF સામગ્રીમાં 9% નો વધારો થયો.
સામાન્ય રીતે, અમને લાગે છે કે SEI પટલની રચના બે સ્તરોમાં વહેંચાયેલી છે: આંતરિક અકાર્બનિક સ્તર અને બાહ્ય કાર્બનિક સ્તર.અકાર્બનિક સ્તર મુખ્યત્વે LIF, Li2CO3 અને અન્ય અકાર્બનિક ઘટકોથી બનેલું છે, જે વધુ સારી ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કામગીરી અને ઉચ્ચ આયનીય વાહકતા ધરાવે છે.બાહ્ય કાર્બનિક સ્તર મુખ્યત્વે છિદ્રાળુ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વિઘટન અને પોલિમરાઇઝેશન ઉત્પાદનોથી બનેલું છે, જેમ કે roco2li, PEO અને તેથી વધુ, જેમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ માટે કોઈ મજબૂત રક્ષણ નથી, તેથી, અમે આશા રાખીએ છીએ કે SEI પટલમાં વધુ અકાર્બનિક ઘટકો છે.ઇમાઇડ એડિટિવ્સ SEI પટલમાં વધુ અકાર્બનિક LIF ઘટકો લાવી શકે છે, જે SEI પટલની રચનાને વધુ સ્થિર બનાવે છે, બેટરી ચક્ર પ્રક્રિયામાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટના વિઘટનને વધુ સારી રીતે અટકાવી શકે છે, Li વપરાશમાં ઘટાડો કરી શકે છે અને બેટરીના ચક્ર પ્રદર્શનમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરી શકે છે.
ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઉમેરણો તરીકે, ખાસ કરીને LiTFSI ઉમેરણો, imide લિથિયમ ક્ષાર બેટરીના ચક્ર પ્રદર્શનમાં નોંધપાત્ર રીતે સુધારો કરી શકે છે.આ મુખ્યત્વે એ હકીકતને કારણે છે કે ગ્રેફાઇટ એનોડની સપાટી પર બનેલી SEI ફિલ્મમાં વધુ LIF, પાતળી અને વધુ સ્થિર SEI ફિલ્મ હોય છે, જે ઇલેક્ટ્રોલાઇટના વિઘટનને ઘટાડે છે અને ઇન્ટરફેસ પ્રતિકાર ઘટાડે છે.જો કે, વર્તમાન પ્રાયોગિક ડેટા પરથી, LiTFSI એડિટિવ ઓરડાના તાપમાને ઉપયોગ માટે વધુ યોગ્ય છે.40 ℃ પર, LiTFSI એડિટિવનો VC એડિટિવ પર કોઈ સ્પષ્ટ ફાયદો નથી.
પોસ્ટ સમય: એપ્રિલ-15-2021