Effekten af ​​VC-indhold i elektrolyt på lithiumjernfosfat

Vinylenkarbonat (VC) har fremragende tilpasningsevne til både høje og lave temperaturer. Tilføjelse af VC til elektrolytten kan hjælpe med at danne et mere stabilt SEI-lag på overfladen af ​​anoden i lithiumbatterier. Derfor har indholdet af VC en væsentlig indflydelse på ydeevnen af ​​lithiumjernfosfat (LiFePO₄)-batterier. Dette papir studerer specifikt effekten af ​​VC-indhold på den elektrokemiske ydeevne af LiFePO₄-batterier under lave-temperaturforhold. LiFePO₄-batterier er meget brugt i nye energikøretøjer og energilagringssystemer på grund af deres høje sikkerhed, lange levetid, miljøvenlighed og relativt lave omkostninger. De står dog over for problemer såsom fald i afladningskapaciteten og reduceret energiretention ved lave temperaturer (især under -20 grader), hvilket begrænser deres brug i kolde områder. For at løse dette problem tilsættes funktionelle additiver som VC ofte til elektrolytten for at forbedre ionisk ledningsevne ved lav-temperatur, undertrykke sidereaktioner og stabilisere elektrodegrænsefladen og derved forbedre batteriets ydeevne ved lav temperatur.

I denne undersøgelse blev fire slags LiFePO₄-batterielektrolytter med forskellige VC-indhold (3,0 %, 3,2 %, 3,5 %, 3,8 %) forberedt og samlet i poseceller. Katoden brugte LiFePO4, og anoden brugte kunstig grafit. Alle batterier blev fremstillet under de samme procesbetingelser og undergik dannelse og kapacitetsspredning. Elektrokemiske tests blev udført på hver gruppe af batterier ved -30 grader for systematisk at sammenligne nøglepræstationsindikatorer såsom lavtemperaturafladningskapacitet, jævnstrømsmodstand (DCR), energieffektivitet og cykluslevetid.

1. Lav-temperaturudledningskapacitet

Ved at teste batteriets CV-kurver under lave-temperaturforhold og beregne batterikapaciteten ud fra det integrerede område af CV-kurverne.

Når VC-indholdet er 3,5 %, viser batteriet den højeste afladningskapacitet ved -30 grader (5,6 Ah), betydeligt bedre end andre grupper (3,0 %, 3,2 % og 3,8 % svarer til henholdsvis 4,6 Ah, 5,0 Ah og 5,0 Ah). En passende mængde VC kan sænke elektrolyttens frysepunkt, øge ionmobiliteten og undertrykke opløsningsmiddelkrystallisation og derved forbedre lavtemperaturudladningsydelsen.

2. Jævnstrømsmodstand (DCR)

DCR-test af batteriet viser, at når VC-indholdet er 3,5 %, er DCR lavest (0,76 mΩ), hvilket indikerer lavere grænseflademodstand og højere lithium-iontransporteffektivitet. For højt indhold af VC (f.eks. 3,8%) fører til en stigning i DCR, hvilket tyder på, at for meget VC kan øge modstandsdygtigheden over for grænsefladereaktioner.

3. Lav-energieffektivitet

Når VC-indholdet er 3,5%, udviser batteriet den højeste energieffektivitet ved -30 grader (82,0%) og overgår andre grupper (72,5%~79,0%). Dette tilskrives VC, der fremmer dannelsen af ​​en stabil SEI-film, reducerer polarisationstab og forbedrer energiomdannelseseffektiviteten.

4. Cyklusliv

Efter 300 cyklusser viser batteriet med 3,5 % VC-indhold den højeste kapacitetsbevarelse (97,5 %), hvilket overgår andre grupper (90,0 %~96,1 %). VC kan dynamisk reparere SEI-filmdefekter under cykling, hæmme elektrolytnedbrydning og gasdannelse og derved forlænge batteriets cykluslevetid ved lave temperaturer.

ACEY-BA3040-20udstyr til test af battericyklusbruges til at teste batteripakkens levetid, pålidelighed, kapacitet og andre parametre gennem cyklisk opladnings- og afladningstest.

• VC reducerer fortrinsvis på grafitanodeoverfladen før opløsningsmiddelmolekylerne under den indledende op- og udledningsproces, og danner en tæt SEI-film rig på uorganiske komponenter såsom Li₂CO₃. Denne film har en relativt høj lithium-iondiffusionskoefficient.

• En passende mængde VC kan optimere solvatiseringsstrukturen af ​​elektrolytten, reducere viskositeten og forbedre ionledningsevnen ved lave temperaturer.

• For høj VC kan føre til en alt for tyk SEI-film eller øget impedans, hvilket faktisk er skadeligt for ydeevneforbedring.

Selvom artiklen udførte eksperimenter, der sammenlignede forskellige mængder af VC og udførte visse tests, der identificerede det optimale VC-indhold i dette eksperiment, inkluderede den ikke en kontrolgruppe uden VC. Derfor kan det ikke konkluderes, at tilføjelse af VC nødvendigvis forbedrer batteriets ydeevne.