VC satura ietekme elektrolītā uz litija dzelzs fosfātu

Vinilēna karbonātam (VC) ir lieliska pielāgošanās spēja gan augstām, gan zemām temperatūrām. VC pievienošana elektrolītam var palīdzēt veidot stabilāku SEI slāni uz anoda virsmas litija akumulatoros. Tāpēc VC saturs būtiski ietekmē litija dzelzs fosfāta (LiFePO₄) akumulatoru darbību. Šajā rakstā īpaši pētīta VC satura ietekme uz LiFePO₄ akumulatoru elektroķīmisko veiktspēju zemas -temperatūras apstākļos. LiFePO₄ akumulatori tiek plaši izmantoti jaunos enerģijas transportlīdzekļos un enerģijas uzglabāšanas sistēmās, pateicoties to augstajai drošībai, ilgajam ciklam, videi draudzīgumam un salīdzinoši zemajām izmaksām. Tomēr viņi saskaras ar tādām problēmām kā izlādes jaudas samazināšanās un samazināta enerģijas saglabāšana zemā temperatūrā (īpaši zem -20 grādiem), kas ierobežo to izmantošanu aukstos reģionos. Lai atrisinātu šo problēmu, elektrolītam bieži tiek pievienotas funkcionālas piedevas, piemēram, VC, lai uzlabotu jonu vadītspēju zemā-temperatūrā, nomāktu blakusreakcijas un stabilizētu elektrodu saskarni, tādējādi uzlabojot akumulatora veiktspēju zemā temperatūrā.

Šajā pētījumā tika sagatavoti četru veidu LiFePO₄ akumulatoru elektrolīti ar dažādu VC saturu (3, 0%, 3, 2%, 3, 5%, 3, 8%) un samontēti maisiņu šūnās. Katodā tika izmantots LiFePO₄, un anodā tika izmantots mākslīgais grafīts. Visas baterijas tika sagatavotas tādos pašos procesa apstākļos, un tām tika veikta veidošanās un jaudas izkliede. Katrai akumulatoru grupai tika veikti elektroķīmiskie testi -30 grādu temperatūrā, lai sistemātiski salīdzinātu galvenos veiktspējas rādītājus, piemēram, zemas temperatūras izlādes jaudu, līdzstrāvas pretestību (DCR), energoefektivitāti un cikla kalpošanas laiku.

1. Zemas-temperatūras izlādes jauda

Pārbaudot akumulatora CV līknes zemas{0}}temperatūras apstākļos un aprēķinot akumulatora kapacitāti no CV līkņu integrētā laukuma.

Ja VC saturs ir 3,5%, akumulators uzrāda vislielāko izlādes jaudu pie -30 grādiem (5,6 Ah), kas ir ievērojami labāks nekā citās grupās (3,0%, 3,2% un 3,8% atbilst attiecīgi 4,6 Ah, 5,0 Ah un 5,0 Ah). Atbilstošs VC daudzums var pazemināt elektrolīta sasalšanas punktu, palielināt jonu mobilitāti un nomākt šķīdinātāja kristalizāciju, tādējādi uzlabojot zemas temperatūras izlādes veiktspēju.

2. Līdzstrāvas pretestība (DCR)

Akumulatora DCR testi liecina, ka, ja VC saturs ir 3,5%, DCR ir viszemākais (0,76 mΩ), kas norāda uz zemāku saskarnes pretestību un augstāku litija jonu transportēšanas efektivitāti. Pārmērīgs VC saturs (piemēram, 3,8%) palielina DCR, kas liecina, ka pārāk daudz VC var palielināt saskarnes reakcijas pretestību.

3. Energoefektivitāte zem-temperatūras

Ja VC saturs ir 3,5%, akumulators uzrāda visaugstāko energoefektivitāti pie -30 grādiem (82,0%), pārspējot citas grupas (72,5% ~ 79,0%). Tas ir saistīts ar VC, kas veicina stabilas SEI plēves veidošanos, samazina polarizācijas zudumus un uzlabo enerģijas pārveidošanas efektivitāti.

4. Cikla dzīve

Pēc 300 cikliem akumulators ar 3,5% VC saturu uzrāda visaugstāko jaudas saglabāšanu (97,5%), pārspējot citas grupas (90,0% ~ 96,1%). VC var dinamiski labot SEI plēves defektus riteņbraukšanas laikā, kavēt elektrolītu sadalīšanos un gāzes veidošanos, tādējādi pagarinot akumulatora cikla kalpošanas laiku zemā temperatūrā.

ACEY-BA3040-20akumulatora cikla pārbaudes aprīkojumstiek izmantots, lai pārbaudītu akumulatora darbības ilgumu, uzticamību, ietilpību un citus parametrus, izmantojot cikliskās uzlādes un izlādes testu.

• Sākotnējās uzlādes un izlādes procesā VC galvenokārt samazinās uz grafīta anoda virsmas pirms šķīdinātāja molekulām, veidojot blīvu SEI plēvi, kas bagāta ar neorganiskiem komponentiem, piemēram, Li₂CO₃. Šai plēvei ir salīdzinoši augsts litija{1}}jonu difūzijas koeficients.

• Piemērots VC daudzums var optimizēt elektrolīta šķīdināšanas struktūru, samazināt viskozitāti un uzlabot jonu vadītspēju zemās temperatūrās.

• Pārmērīga VC var izraisīt pārāk biezu SEI plēvi vai palielinātu pretestību, kas faktiski kaitē veiktspējas uzlabošanai.

Lai gan rakstā tika veikti eksperimenti, salīdzinot dažādus VC daudzumus, un veikti noteikti testi, nosakot optimālo VC saturu šajā eksperimentā, tajā nebija iekļauta kontroles grupa bez VC. Tāpēc nevar secināt, ka VC pievienošana noteikti uzlabo akumulatora veiktspēju.