Wpływ zawartości VC w elektrolicie na fosforan litowo-żelazowy

Węglan winylenu (VC) ma doskonałą zdolność adaptacji zarówno do wysokich, jak i niskich temperatur. Dodanie VC do elektrolitu może pomóc w utworzeniu bardziej stabilnej warstwy SEI na powierzchni anody w bateriach litowych. Dlatego zawartość VC ma znaczący wpływ na wydajność akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych (LiFePO₄). W tym artykule szczegółowo zbadano wpływ zawartości VC na wydajność elektrochemiczną akumulatorów LiFePO₄ w warunkach-niskiej temperatury. Baterie LiFePO₄ są szeroko stosowane w nowych pojazdach energetycznych i systemach magazynowania energii ze względu na ich wysokie bezpieczeństwo, długą żywotność, przyjazność dla środowiska i stosunkowo niski koszt. Jednakże napotykają problemy, takie jak spadek pojemności wyładowczej i zmniejszona retencja energii w niskich temperaturach (szczególnie poniżej -20 stopni), co ogranicza ich zastosowanie w zimnych regionach. Aby rozwiązać ten problem, do elektrolitu często dodaje się dodatki funkcjonalne, takie jak VC, aby poprawić przewodność jonową w niskich-temperaturach, tłumić reakcje uboczne i stabilizować powierzchnię styku elektrod, poprawiając w ten sposób wydajność akumulatora w niskich temperaturach.

W tym badaniu przygotowano cztery rodzaje elektrolitów do akumulatorów LiFePO₄ o różnej zawartości VC (3,0%, 3,2%, 3,5%, 3,8%) i złożono je w ogniwa woreczkowe. W katodzie zastosowano LiFePO₄, a w anodzie sztuczny grafit. Wszystkie akumulatory przygotowano w tych samych warunkach procesu, poddano procesowi formowania i dyspersji pojemności. Przeprowadzono testy elektrochemiczne na każdej grupie akumulatorów w temperaturze -30 stopni, aby systematycznie porównywać kluczowe wskaźniki wydajności, takie jak zdolność rozładowania w niskiej temperaturze, odporność na prąd stały (DCR), efektywność energetyczna i żywotność cykliczna.

1. Wydajność rozładowania w niskiej-temperaturze

Testując krzywe CV akumulatora w warunkach niskiej-temperatury i obliczając pojemność akumulatora na podstawie zintegrowanego obszaru krzywych CV.

Gdy zawartość VC wynosi 3,5%, akumulator wykazuje największą pojemność rozładowania przy -30 stopniach (5,6 Ah), znacznie lepiej niż inne grupy (3,0%, 3,2% i 3,8% odpowiadają odpowiednio 4,6 Ah, 5,0 Ah i 5,0 Ah). Odpowiednia ilość VC może obniżyć temperaturę zamarzania elektrolitu, zwiększyć ruchliwość jonów i zahamować krystalizację rozpuszczalnika, poprawiając w ten sposób wydajność rozładowania w niskiej temperaturze.

2. Rezystancja dla prądu stałego (DCR)

Testy DCR akumulatora pokazują, że gdy zawartość VC wynosi 3,5%, DCR jest najniższy (0,76 mΩ), co wskazuje na niższą rezystancję międzyfazową i wyższą wydajność transportu-jonów litu. Nadmierna zawartość VC (np. 3,8%) prowadzi do wzrostu DCR, co sugeruje, że zbyt duża zawartość VC może zwiększać odporność na reakcję międzyfazową.

3. Efektywność energetyczna w niskich-temperaturach

Gdy zawartość VC wynosi 3,5%, akumulator wykazuje najwyższą efektywność energetyczną w temperaturze -30 stopni (82,0%), przewyższając inne grupy (72,5% ~ 79,0%). Przypisuje się to VC, które sprzyja tworzeniu stabilnej warstwy SEI, zmniejszaniu strat polaryzacyjnych i zwiększaniu wydajności konwersji energii.

4. Życie cykliczne

Po 300 cyklach akumulator o zawartości VC 3,5% wykazuje najwyższe zachowanie pojemności (97,5%), przewyższając inne grupy (90,0% ~ 96,1%). VC może dynamicznie naprawiać defekty folii SEI podczas jazdy na rowerze, hamować rozkład elektrolitu i wytwarzanie gazu, wydłużając w ten sposób żywotność akumulatora w niskich temperaturach.

ACEY-BA3040-20sprzęt do testowania cyklu bateriisłuży do testowania żywotności, niezawodności, pojemności i innych parametrów pakietu akumulatorowego poprzez cykliczny test ładowania i rozładowania.

• VC preferencyjnie redukuje się na powierzchni anody grafitowej przed cząsteczkami rozpuszczalnika podczas początkowego procesu ładowania i rozładowywania, tworząc gęstą warstwę SEI bogatą w składniki nieorganiczne, takie jak Li₂CO₃. Ta folia ma stosunkowo wysoki współczynnik dyfuzji litu-jonów.

• Odpowiednia ilość VC może zoptymalizować strukturę solwatacyjną elektrolitu, zmniejszyć lepkość i poprawić przewodność jonową w niskich temperaturach.

• Nadmierne VC może prowadzić do zbyt grubej warstwy SEI lub zwiększonej impedancji, co w rzeczywistości jest szkodliwe dla poprawy wydajności.

Mimo że w artykule przeprowadzono eksperymenty porównujące różne ilości VC i przeprowadzono pewne testy, identyfikując optymalną zawartość VC w tym eksperymencie, nie uwzględniono w nim grupy kontrolnej bez VC. Dlatego nie można stwierdzić, że dodanie VC koniecznie poprawia wydajność akumulatora.