Elektrolüüdis sisalduva VC-sisalduse mõju liitiumraudfosfaadile

Vinüleenkarbonaadil (VC) on suurepärane kohanemisvõime nii kõrgete kui ka madalate temperatuuridega. VC lisamine elektrolüüdile võib aidata liitiumakude anoodi pinnale moodustada stabiilsema SEI kihi. Seetõttu mõjutab VC sisaldus märkimisväärselt liitiumraudfosfaat (LiFePO₄) akude jõudlust. Selles artiklis uuritakse konkreetselt VC-sisalduse mõju LiFePO₄-akude elektrokeemilisele jõudlusele madalal -temperatuuril. LiFePO₄ akusid kasutatakse laialdaselt uutes energiasõidukites ja energiasalvestussüsteemides nende kõrge ohutuse, pika tööea, keskkonnasõbralikkuse ja suhteliselt madalate kulude tõttu. Siiski seisavad nad silmitsi probleemidega, nagu tühjendusvõimsuse vähenemine ja vähenenud energia säilivus madalatel temperatuuridel (eriti alla -20 kraadi), mis piirab nende kasutamist külmades piirkondades. Selle probleemi lahendamiseks lisatakse elektrolüüdile sageli funktsionaalseid lisandeid, nagu VC, et parandada madalal -temperatuuril ioonjuhtivust, pärssida kõrvalreaktsioone ja stabiliseerida elektroodi liidest, parandades seeläbi aku jõudlust madalal temperatuuril.

Selles uuringus valmistati nelja tüüpi erineva VC sisaldusega LiFePO₄ aku elektrolüüte (3, 0%, 3, 2%, 3, 5%, 3, 8%) ja monteeriti need kottide rakkudesse. Katoodil kasutati LiFePO4 ja anoodil kunstgrafiiti. Kõik akud valmistati ette samades protsessitingimustes ning läbisid moodustumise ja mahu hajutamise. Iga akurühma elektrokeemilised testid viidi läbi -30 kraadi juures, et süstemaatiliselt võrrelda peamisi jõudlusnäitajaid, nagu madaltemperatuuri tühjenemisvõime, alalisvoolutakistus (DCR), energiatõhusus ja tsükli eluiga.

1. Madala-temperatuuri tühjendusvõimsus

Testides aku CV-kõveraid madalal{0}}temperatuuril ja arvutades aku mahutavuse CV-kõverate integreeritud ala järgi.

Kui VC sisaldus on 3,5%, näitab aku suurimat tühjenemisvõimsust -30 kraadi juures (5,6 Ah), mis on oluliselt parem kui teistes rühmades (3,0%, 3,2% ja 3,8% vastavad vastavalt 4,6 Ah, 5,0 Ah ja 5,0 Ah). Sobiv kogus VC-d võib alandada elektrolüüdi külmumispunkti, suurendada ioonide liikuvust ja pärssida lahusti kristalliseerumist, parandades seeläbi madalal temperatuuril tühjenemist.

2. Alalisvoolutakistus (DCR)

Aku DCR-testid näitavad, et kui VC sisaldus on 3,5%, on DCR madalaim (0,76 mΩ), mis näitab madalamat liidestakistust ja suuremat liitiumioonide transpordi efektiivsust. Liigne VC sisaldus (nt 3,8%) suurendab DCR-i, mis viitab sellele, et liiga palju VC-d võib suurendada liidese reaktsiooni takistust.

3. Energiatõhusus madalal-temperatuuril

Kui VC sisaldus on 3,5%, on aku kõrgeim energiatõhusus -30 kraadi juures (82,0%), ületades teisi rühmi (72,5%–79,0%). Selle põhjuseks on VC, mis soodustab stabiilse SEI-kile moodustumist, vähendab polarisatsioonikadusid ja suurendab energia muundamise efektiivsust.

4. Tsükli eluiga

Pärast 300 tsüklit näitab 3,5% VC sisaldusega aku suurimat mahutavuse säilimist (97,5%), edestades teisi gruppe (90,0% ~ 96,1%). VC suudab dünaamiliselt parandada SEI-kile defekte rattasõidu ajal, takistada elektrolüütide lagunemist ja gaasi teket, pikendades seeläbi aku tsükli eluiga madalatel temperatuuridel.

ACEY-BA3040-20akutsükli testimisseadmedkasutatakse aku eluea, töökindluse, mahutavuse ja muude parameetrite testimiseks tsüklilise laadimise ja tühjenemise testiga.

• Esialgse laadimis- ja tühjendusprotsessi ajal taandub VC eelistatavalt grafiidianoodi pinnal enne lahusti molekule, moodustades tiheda SEI-kile, mis on rikas anorgaaniliste komponentidega, nagu Li₂CO3. Sellel kilel on suhteliselt kõrge liitiumioonide difusioonitegur.

• Sobiv kogus VC-d võib optimeerida elektrolüüdi lahustumisstruktuuri, vähendada viskoossust ja parandada ioonjuhtivust madalatel temperatuuridel.

• Liigne VC võib põhjustada liiga paksu SEI-kile või suurenenud impedantsi, mis tegelikult kahjustab jõudluse paranemist.

Kuigi artiklis viidi läbi katsed, milles võrreldi erinevaid VC koguseid, ja viidi läbi teatud teste, tuvastades selles katses optimaalse VC sisalduse, ei hõlmanud see kontrollrühma ilma VCta. Seetõttu ei saa järeldada, et VC lisamine parandab tingimata aku jõudlust.