資料介紹
本文中介紹了高壓鋰離子電池電解液添加劑方面的研究進展,并按照添加劑的種類將其分為6部分進行探討:含硼類添加劑、有機磷類添加劑、碳酸酯類添加劑、含硫添加劑、離子液體添加劑及其它類型添加劑。
含硼添加劑
含硼化合物經常作為添加劑應用到不同正極材料的鋰離子電池中,在電池循環過程中,很多含硼化合物會在正極表面形成保護膜,來穩定電極/電解液之間的界面,從而提高電池性能。考慮到含硼化合物的這一獨特性能,眾多學者開始嘗試將其應用到高壓鋰離子電池中,來增強正極界面穩定性。
Li等將三(三甲基烷)硼酸酶 (TMSB)應用到以 Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2 作正極材料的高壓鋰離子電池中,發現當有0.5%(質量分數)TMSB 添加劑存在時,循環200圈后容量保持74%(電位范圍2-4.8 V,充放電倍率為0.5 C),而沒有添加劑存在時,容量保持僅為19%。
為了解TMSB對正極表面修飾的作用機制,ZUO 等將TMSB添加到LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2石墨全電池中,并分別對正極材料進行了XPS與TEM分析,得到下圖所示的結論:在沒有添加劑存在時,隨著循環次數的增加,會逐漸在正極表面形成一層有LiF存在的正極電解液界面(CEI)膜,這層膜較厚而且阻抗較高;加入TMSB后,缺電子的含硼類化合物會提高正極表面 LiF 的溶解度,形成的SEI膜較薄,阻抗較低。
除了TMSB ,現如今應用到高壓鋰離子電池中的含硼類添加劑還包括雙草酸硼酸鋰(LiBOB)、雙氟草酸硼酸鋰 (LiFOB)、四甲基硼酸酯(TMB) 、硼酸三甲酯(TB)以及三甲基環三硼氧烷等,這些添加劑在循環過程中會比電解液溶劑優先被氧化,形成的保護性膜覆蓋到正極表面,這層保護性膜具有良好的離子導電性,能抑制電解液在隨后的循環中發生氧化分解以及正極材料結構的破壞,穩定電極/電解液界面,并最終提高高壓鋰離子電池的循環穩定性。
有機磷添加劑
根據前線軌道能量與電化學穩定性的關系:分子的 HOMO 越高,軌道中的電子越不穩定,氧化性越好:分子的 LUMO 越低,越容易得電子,還原性越好。
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