สารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

วัสดุจัดเก็บที่ไม่ใช่พลังงานจํานวนเล็กน้อยที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพบางอย่างของแบตเตอรี่ได้อย่างมากและจํานวนเล็กน้อยเหล่านี้เรียกว่าสารเติมแต่ง สารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์มีลักษณะที่โดดเด่นของ "ปริมาณต่ํา (โดยทั่วไปน้อยกว่า 5% โดยปริมาตรหรืออัตราส่วนมวล) และผลอย่างรวดเร็ว" ซึ่งสามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางมหมาโครบางอย่างของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยไม่ต้องเพิ่มค่าใช้จ่ายของแบตเตอรี่ [] สารเติมแต่งโดยทั่วไปควรมีลักษณะดังต่อไปนี้:

(1)หนึ่งหรือหลายการแสดงของแบตเตอรี่สามารถปรับปรุงกับการใช้งานน้อย;

(2)มันไม่มีผลข้างเคียงต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่และไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาด้านข้างกับวัสดุอื่นๆประกอบแบตเตอรี่;

(3)มันมีเข้ากันได้ดีกับอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์, และมันเป็นที่ดีที่สุดที่จะละลายได้ง่ายในตัวทําละลาย;

(4)ราคาค่อนข้างต่ํา, ไม่มีความเป็นพิษหรือความเป็นพิษต่ํา; ในปัจจุบันการวิจัยสารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ด้านต่อไปนี้:

(1)ปรับปรุงเสถียรภาพของภาพยนตร์sei[7073);

(2)ปรับปรุงประสิทธิภาพความปลอดภัยของแบตเตอรี่[4- 70;

(3)ควบคุมปริมาณกรดและน้ําในอิเล็กโทรไลต์;

(4)ปรับปรุงการนําไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์[8- 7เพื่อของ

1.สารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงเสถียรภาพของฟิล์มseiของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ฟิล์ม SEl (Solid Electrolyte Interface) นั่นคือฟิล์มอินเตอร์เฟสอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งเป็นฟิล์มทู่ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของอิเล็กโทรดลบของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพื่อแยกอิเล็กโทรไลต์ออกจากวัสดุคาร์บอน / อิเล็กโทรดลบลิเธียม ฟิล์ม SEl เกิดขึ้นระหว่างการขี่จักรยานครั้งแรกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ภายใต้ศักยภาพบางอย่าง, ที่ขั้วลบ/อิเล็กโทรไลต์อินเตอร์เฟซ, โมเลกุลตัวทําละลายอินทรีย์, ไอออนเกลือลิเธียม, สิ่งสกปรกและสารเติมแต่งได้รับการสลายตัวลดลงในรูปแบบสารที่ไม่ละลายน้ําและเงินฝากบนพื้นผิวอิเล็กโทรดของ

สารเติมแต่งที่ขึ้นรูปด้วยฟิล์มแบ่งออกเป็นสารเติมแต่งที่ขึ้นรูปด้วยฟิล์มอินทรีย์และสารเติมแต่งที่ขึ้นรูปด้วยฟิล์มอนินทร์

สารเติมแต่งที่ขึ้นรูปด้วยฟิล์มอินทรีย์รวมถึงสารเติมแต่งซัลไฟต์สารเติมแต่งสารส้มย่อยและสารเติมแต่งซัลโฟเนต

สารเติมแต่งซัลไฟต์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ไวนิลซัลไฟต์ (ES), โพรพิลีนซัลไฟต์ (PS), dimethyl sulfite (DMS), ไดทิลซัลไฟต์ (DES), ฯลฯ 18] ส่วนประกอบหลักของฟิล์ม SEI ที่เกิดจากการลดและการสลายตัวของสารเติมแต่งซัลไฟต์บนพื้นผิวของอิเล็กโทรดคาร์บอนลบคือเกลืออนินทวิทยา LizS, LizSO; หรือ LiuSO และเกลืออินทรีย์ ROSO2Lil81] องค์ประกอบเฉพาะยังเกี่ยวข้องกับความหนาแน่นปัจจุบัน ภายใต้ความหนาแน่นสูงในปัจจุบันเกลือลิเธียมอนินทร์จะถูกสร้างขึ้นก่อน

ส่วนประกอบเกลือลิเธียมอินทรีย์ปรากฏต่ํากว่า 0.5V เท่านั้น ที่ความหนาแน่นต่ําในปัจจุบันเกลือลิเธียมอินทรีย์ตกตะกอนที่ 1.5V และจากนั้นไม่มีเกลืออนินทักเกิดขึ้น ความแข็งแรงของฟิล์มของสารเติมแต่งซัลไฟต์ที่แตกต่างกันที่อินเทอร์เฟซของขั้วบวกคาร์บอนคือ ES>PS2DMS>DES

สารเติมแต่งสาร 28 รวมถึง dimethyl subsulfate (DMSO), บิวทิลย่อย, เอทิลเมธิลอนุย่อย (EMS), ไซโคโลโพรพิลซัลเฟต (TriMS), 1-เมธิลlcyclopropyl subsulphate (MTS), เอทิล sec-butyl ซัลไฟต์ (EsBS), เอทิลไอโซบิวทิลซัลไฟต์ (EiPS) และ 3,3,3-trifluoropropyl sulfite (FPMS), ฯลฯ.

2.สารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ปัญหาด้านความปลอดภัยเป็นข้อกําหนดเบื้องต้นที่สําคัญสําหรับนวัตกรรมของตลาดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้งานในรถยนต์ไฟฟ้าและสาขาอื่น ๆ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรองปล่อยความร้อนออกมามากเมื่อชาร์จและปล่อยออกลัดวงจรและทํางานเป็นเวลานานด้วยกระแสขนาดใหญ่ ความร้อนนี้จะกลายเป็นอันตรายด้านความปลอดภัยสําหรับอิเล็กโทรไลต์ไวไฟซึ่งอาจทําให้เกิดการสลายความร้อนที่รุนแรง (หนีความร้อน) หรือแม้แต่การระเบิดของแบตเตอรี่ [8] การเพิ่มสารเติมแต่งสารหน่วงไฟสามารถเปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ที่ติดไฟได้ให้เป็นอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ติดไฟหรือไม่ติดไฟลดค่าการปล่อยความร้อนของแบตเตอรี่และอัตราการทําความร้อนด้วยตนเองของแบตเตอรี่และยังเพิ่มความเสถียรทางความร้อนของอิเล็กโทรไลต์เองเพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ร้อนเกินไป การเผาไหม้หรือการระเบิดภายใต้ของ

3.สารเติมแต่งในการควบคุมปริมาณกรดและน้ําในอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ปริมาณการติดตามของน้ําและ HF ในอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์มีผลบางอย่างต่อการก่อตัวของฟิล์ม SEl ที่ยอดเยี่ยมซึ่งสามารถมองเห็นได้จากปฏิกิริยาของตัวทําละลายเช่น EC และ PC ที่อินเทอร์เฟซอิเล็กโทรด แต่ปริมาณน้ําและกรดสูงเกินไป (HF) จะไม่เพียง แต่นําไปสู่ LiPF เท่านั้น การสลายตัวและจะทําลายฟิล์ม SEI [8] เมื่ออัลโบ 3, MgO, Bao และลิเธียมหรือแคลเซียมคาร์บอเนตถูกเพิ่มเป็นสารเติมแต่งในอิเล็กโทรไลต์พวกเขาจะทําปฏิกิริยากับ HF จํานวนเล็กน้อยในอิเล็กโทรไลต์ลดปริมาณ HF และป้องกันความเสียหายต่ออิเล็กโทรดและการสลายตัวของ LiPF6 ตัวเร่งปฏิกิริยาของอิเล็กโทรไลต์ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของอิเล็กโทรไลต์ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตามสารเหล่านี้กําจัด HF ได้ช้าดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะป้องกันไม่ให้ HF ทําลายประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ แม้ว่าสารประกอบกรดแอนไฮไดรด์บางชนิดสามารถกําจัด HF ได้อย่างรวดเร็ว แต่ก็จะผลิตสารที่เป็นกรดอื่น ๆ ที่ทําลายประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ สารประกอบ Alkane diimine สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนที่อ่อนแอกับโมเลกุลของน้ําผ่านอะตอมไฮโดรเจนในโมเลกุลซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้น้ําและ LiPF ปฏิกิริยาผลิต HF

4.สารเติมแต่งนําไฟฟ้า

การนําไฟฟ้าสูงเป็นการรับประกันที่สําคัญสําหรับการลดความต้านทานการย้ายถิ่นของ Lit และปรับปรุงประสิทธิภาพการชาร์จและการปล่อยแบตเตอรี่ บทบาทของสารเติมแต่งที่เป็นสื่อนําไฟฟ้าคือโมเลกุลของสารเติมแต่งและอิเล็กโทรไลต์ไอออนได้รับปฏิกิริยาการประสานงานเพื่อส่งเสริมการสลายตัวและไอออนของเกลือลิเธียมลดรัศมีการแก้ของลิเธียมไอออนที่ผ่านการบําบัดและป้องกันไม่ให้ตัวทําละลายร่วมตัดกันจากการทําลายอิเล็กโทรด ตามปฏิสัมพันธ์กับอิเล็กโทรไลต์ไอออนในอิเล็กโทรไลต์มันสามารถแบ่งออกเป็นประเภทปฏิสัมพันธ์ไอออนบวก (cation ligand), ประเภทปฏิสัมพันธ์ไอออน (ไอออน ligand) และประเภทการโต้ตอบอิเล็กโทรไลต์ไอออน (ligand yl เป็นกลาง)

5.สารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพอุณหภูมิต่ํา

ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ําเป็นหนึ่งในปัจจัยสําคัญในการขยายช่วงการใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและยังเป็นสิ่งที่ต้องมีในเทคโนโลยีการบินและอวกาศในปัจจุบัน N,N-Dimethyltrifluoroacetamide มีความหนืดต่ํา (1.09mPa-s, 25°C), จุดเดือดสูง (135°C) และจุดวาบไฟ (72°C) มีความสามารถในการสร้างฟิล์มที่ดีบนพื้นผิวของกราไฟท์ อิเล็กโทรดบวกยังมีความเสถียรของการเกิดออกซิเดชันที่ดีและแบตเตอรี่ที่ประกอบขึ้นมีประสิทธิภาพวงจรที่ยอดเยี่ยมที่อุณหภูมิต่ํา โบไรด์อินทรีย์และคาร์บอเนตที่มีฟลูออรีนยังเอื้อต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพอุณหภูมิต่ําของแบตเตอรี่

6.สารเติมแต่งมัลติฟังก์ชั่

สารเติมแต่งที่มีฟังก์ชั่นสองอย่างขึ้นไปในเวลาเดียวกันเรียกว่าสารเติมแต่งมัลติฟังก์ชั่ สารเติมแต่งมัลติฟังก์ชั่นเป็นสารเติมแต่งที่เหมาะสําหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน พวกเขาสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลต์ได้หลายวิธีและมีบทบาทสําคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าโดยรวมของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน พวกเขาจะกลายเป็นทิศทางหลักของการวิจัยและพัฒนาสารเติมแต่งในอนาคต

ในความเป็นจริงสารเติมแต่งที่มีอยู่บางส่วนเป็นสารเติมแต่งมัลติฟังก์ชั่ เช่น 12-crown-4 ether/8] หลังจากเพิ่มตัวทําละลาย PC ในขณะที่ปรับปรุงการนําไฟฟ้าของ Li เองผลไฟฟ้าของ ligand มงกุฎบนพื้นผิวอิเล็กโทรดทําให้ความเป็นไปได้ของ Li ทําปฏิกิริยากับโมเลกุลตัวทําละลายที่อินเทอร์เฟซอิเล็กโทรดลดลงอย่างมาก ผลการแก้พิเศษของมงกุฎ ether บน Li ยับยั้งการแทรกร่วมของโมเลกุลพีซีและเมมเบรน SEI ของอินเทอร์เฟซอิเล็กโทรไลซิสได้รับการปรับให้เหมาะสมซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียความจุย้อนกลับครั้งแรกของอิเล็กโทรด นอกจากนี้ตัวทําละลายอินทรีย์ฟลูออไรด์ฟอสเฟตฮาโลเจนเช่น BTE และ TTFP ฯลฯ เพิ่มลงในอิเล็กโทรไลต์ไม่เพียง แต่ช่วยสร้างฟิล์ม SEl ที่ยอดเยี่ยม แต่ยังมีผลหน่วงไฟบางอย่างหรือชัดเจนต่ออิเล็กโทรไลต์ซึ่งช่วยปรับปรุงแบตเตอรี่หลายด้าน การแสดง