Kesan Kandungan VC dalam Elektrolit ke atas Litium Besi Fosfat

Vinylene Carbonate (VC) mempunyai kebolehsuaian yang sangat baik untuk kedua-dua suhu tinggi dan rendah. Menambah VC pada elektrolit boleh membantu membentuk lapisan SEI yang lebih stabil pada permukaan anod dalam bateri litium. Oleh itu, kandungan VC mempunyai kesan yang ketara ke atas prestasi bateri litium besi fosfat (LiFePO₄). Kertas kerja ini mengkaji secara khusus kesan kandungan VC pada prestasi elektrokimia bateri LiFePO₄ dalam keadaan suhu-rendah. Bateri LiFePO₄ digunakan secara meluas dalam kenderaan tenaga baharu dan sistem penyimpanan tenaga kerana keselamatannya yang tinggi, hayat kitaran yang panjang, mesra alam dan kos yang agak rendah. Walau bagaimanapun, mereka menghadapi isu seperti pereputan kapasiti nyahcas dan pengekalan tenaga yang berkurangan pada suhu rendah (terutamanya di bawah -20 darjah ), yang mengehadkan penggunaannya di kawasan sejuk. Untuk menangani isu ini, bahan tambahan berfungsi seperti VC sering ditambahkan pada elektrolit untuk meningkatkan-kekonduksian ionik suhu rendah, menyekat tindak balas sampingan dan menstabilkan antara muka elektrod, dengan itu meningkatkan prestasi suhu rendah bateri.

Dalam kajian ini, empat jenis elektrolit bateri LiFePO₄ dengan kandungan VC berbeza (3.0%, 3.2%, 3.5%, 3.8%) telah disediakan dan dipasang ke dalam sel kantung. Katod menggunakan LiFePO₄, dan anod menggunakan grafit buatan. Semua bateri telah disediakan di bawah keadaan proses yang sama dan menjalani pembentukan dan penyebaran kapasiti. Ujian elektrokimia telah dijalankan pada setiap kumpulan bateri pada -30 darjah untuk membandingkan secara sistematik penunjuk prestasi utama seperti kapasiti nyahcas suhu rendah, rintangan arus terus (DCR), kecekapan tenaga dan hayat kitaran.

1. Kapasiti Nyahcas Suhu-Rendah

Dengan menguji lengkung CV bateri di bawah-keadaan suhu rendah dan mengira kapasiti bateri daripada kawasan bersepadu lengkung CV.

Apabila kandungan VC ialah 3.5%, bateri menunjukkan kapasiti nyahcas tertinggi pada -30 darjah (5.6 Ah), jauh lebih baik daripada kumpulan lain (masing-masing 3.0%, 3.2% dan 3.8% sepadan dengan 4.6 Ah, 5.0 Ah dan 5.0 Ah). Jumlah VC yang sesuai boleh menurunkan takat beku elektrolit, meningkatkan mobiliti ion, dan menyekat penghabluran pelarut, dengan itu meningkatkan prestasi nyahcas suhu rendah.

2. Rintangan Arus Terus (DCR)

Ujian DCR bagi bateri menunjukkan bahawa apabila kandungan VC ialah 3.5%, DCR adalah paling rendah (0.76 mΩ), menunjukkan rintangan antara muka yang lebih rendah dan kecekapan pengangkutan ion litium-yang lebih tinggi. Kandungan VC yang berlebihan (cth, 3.8%) membawa kepada peningkatan dalam DCR, menunjukkan bahawa terlalu banyak VC boleh meningkatkan rintangan tindak balas antara muka.

3. Rendah-Kecekapan Tenaga Suhu

Apabila kandungan VC ialah 3.5%, bateri menunjukkan kecekapan tenaga tertinggi pada -30 darjah (82.0%), mengatasi kumpulan lain (72.5%~79.0%). Ini disebabkan oleh VC yang menggalakkan pembentukan filem SEI yang stabil, mengurangkan kehilangan polarisasi, dan meningkatkan kecekapan penukaran tenaga.

4. Kitaran Kehidupan

Selepas 300 kitaran, bateri dengan kandungan VC 3.5% menunjukkan pengekalan kapasiti tertinggi (97.5%), mengatasi kumpulan lain (90.0%~96.1%). VC boleh membaiki kecacatan filem SEI secara dinamik semasa berbasikal, menghalang penguraian elektrolit dan penjanaan gas, dengan itu memanjangkan hayat kitaran bateri pada suhu rendah.

ACEY-BA3040-20peralatan ujian kitaran bateridigunakan untuk menguji jangka hayat, kebolehpercayaan, kapasiti dan parameter lain pek bateri melalui ujian cas dan nyahcas kitaran.

• VC lebih disukai mengurangkan pada permukaan anod grafit sebelum molekul pelarut semasa proses pengecasan dan nyahcas awal, membentuk filem SEI padat yang kaya dengan komponen tak organik seperti Li₂CO₃. Filem ini mempunyai pekali resapan-ion litium yang agak tinggi.

• Jumlah VC yang sesuai boleh mengoptimumkan struktur pelarutan elektrolit, mengurangkan kelikatan dan meningkatkan kekonduksian ionik pada suhu rendah.

• VC yang berlebihan boleh menyebabkan filem SEI yang terlalu tebal atau galangan meningkat, yang sebenarnya memudaratkan peningkatan prestasi.

Walaupun artikel itu menjalankan eksperimen membandingkan jumlah VC yang berbeza dan melakukan ujian tertentu, mengenal pasti kandungan VC yang optimum dalam percubaan ini, ia tidak termasuk kumpulan kawalan tanpa VC. Oleh itu, tidak boleh disimpulkan bahawa menambah VC semestinya meningkatkan prestasi bateri.