Влияние содержания ВК в электролите на литий-железофосфат

Виниленкарбонат (ВК) обладает отличной приспособляемостью как к высоким, так и к низким температурам. Добавление VC в электролит может помочь сформировать более стабильный слой SEI на поверхности анода в литиевых батареях. Таким образом, содержание VC оказывает существенное влияние на производительность литий-железо-фосфатных батарей (LiFePO₄). В этой статье специально исследуется влияние содержания VC на электрохимические характеристики батарей LiFePO₄ в условиях низких-температур. Аккумуляторы LiFePO₄ широко используются в новых энергетических транспортных средствах и системах хранения энергии благодаря их высокой безопасности, длительному сроку службы, экологичности и относительно низкой стоимости. Однако они сталкиваются с такими проблемами, как снижение разрядной емкости и снижение сохранения энергии при низких температурах (особенно ниже -20 градусов), что ограничивает их использование в холодных регионах. Чтобы решить эту проблему, в электролит часто добавляют функциональные добавки, такие как VC, для улучшения низкотемпературной ионной проводимости, подавления побочных реакций и стабилизации поверхности раздела электродов, тем самым улучшая низкотемпературные характеристики батареи.

В этом исследовании четыре типа аккумуляторных электролитов LiFePO₄ с различным содержанием ВК (3,0%, 3,2%, 3,5%, 3,8%) были приготовлены и собраны в пакеты. В качестве катода использовался LiFePO₄, а в качестве анода – искусственный графит. Все батареи были приготовлены в одинаковых технологических условиях и подверглись формованию и распределению емкости. Для каждой группы батарей были проведены электрохимические испытания при -30 градусах для систематического сравнения ключевых показателей производительности, таких как низкотемпературная разрядная способность, сопротивление постоянному току (DCR), энергоэффективность и срок службы.

1. Разрядная способность при низких-температурах

Путем тестирования кривых CV аккумулятора в условиях низких-температур и расчета емкости аккумулятора на основе интегрированной площади кривых CV.

При содержании ВК 3,5% аккумулятор показывает наибольшую разрядную емкость при -30 градусах (5,6 Ач), что значительно лучше, чем в других группах (3,0%, 3,2% и 3,8% соответствуют 4,6 Ач, 5,0 Ач и 5,0 Ач соответственно). Соответствующее количество ВК может снизить температуру замерзания электролита, увеличить подвижность ионов и подавить кристаллизацию растворителя, тем самым улучшая характеристики низкотемпературного разряда.

2. Сопротивление постоянному току (DCR).

Испытания батареи DCR показывают, что при содержании VC 3,5 % значение DCR минимально (0,76 мОм), что указывает на более низкое межфазное сопротивление и более высокую эффективность переноса ионов лития-. Чрезмерное содержание ВК (например, 3,8%) приводит к увеличению DCR, что указывает на то, что слишком большое количество ВК может увеличивать сопротивление межфазной реакции.

3. Энергоэффективность при низких-температурах

Когда содержание ВК составляет 3,5%, батарея демонстрирует самую высокую энергоэффективность при -30 градусах (82,0%), превосходя другие группы (72,5%~79,0%). Это связано с тем, что ВК способствует образованию стабильной пленки SEI, уменьшению поляризационных потерь и повышению эффективности преобразования энергии.

4. Цикл жизни

После 300 циклов батарея с содержанием VC 3,5% показывает наибольшее сохранение емкости (97,5%), опережая другие группы (90,0%~96,1%). VC может динамически восстанавливать дефекты пленки SEI во время езды на велосипеде, ингибировать разложение электролита и образование газа, тем самым продлевая срок службы батареи при низких температурах.

ACEY-BA3040-20оборудование для проверки цикла аккумуляторной батареииспользуется для проверки срока службы, надежности, емкости и других параметров аккумуляторной батареи посредством испытаний на циклическую зарядку и разрядку.

• VC преимущественно восстанавливается на поверхности графитового анода перед молекулами растворителя во время начального процесса зарядки и разрядки, образуя плотную пленку SEI, богатую неорганическими компонентами, такими как Li₂CO₃. Эта пленка имеет относительно высокий коэффициент диффузии ионов лития.

• Соответствующее количество ВК может оптимизировать сольватную структуру электролита, снизить вязкость и улучшить ионную проводимость при низких температурах.

• Чрезмерное значение VC может привести к образованию слишком толстой пленки SEI или увеличению импеданса, что на самом деле вредно для улучшения характеристик.

Хотя в статье проводились эксперименты по сравнению различных количеств ВК и проводились определенные тесты, определяющие оптимальное содержание ВК в этом эксперименте, в нее не была включена контрольная группа без ВК. Следовательно, нельзя сделать вывод, что добавление VC обязательно улучшает производительность батареи.