L'effetto del contenuto di VC nell'elettrolita sul litio ferro fosfato

Il Vinilene Carbonato (VC) ha un'eccellente adattabilità sia alle alte che alle basse temperature. L'aggiunta di VC all'elettrolita può contribuire a formare uno strato SEI più stabile sulla superficie dell'anodo nelle batterie al litio. Pertanto, il contenuto di VC ha un impatto significativo sulle prestazioni delle batterie al litio ferro fosfato (LiFePO₄). Questo articolo studia specificamente l'effetto del contenuto di VC sulle prestazioni elettrochimiche delle batterie LiFePO₄ in condizioni di bassa-temperatura. Le batterie LiFePO₄ sono ampiamente utilizzate nei veicoli a nuova energia e nei sistemi di accumulo dell'energia grazie alla loro elevata sicurezza, lunga durata, rispetto dell'ambiente e costo relativamente basso. Tuttavia, devono affrontare problemi come il decadimento della capacità di scarica e la ridotta ritenzione di energia alle basse temperature (soprattutto al di sotto dei -20 gradi), che ne limita l'uso nelle regioni fredde. Per risolvere questo problema, all'elettrolita vengono spesso aggiunti additivi funzionali come VC per migliorare la-conduttività ionica a bassa temperatura, sopprimere le reazioni collaterali e stabilizzare l'interfaccia dell'elettrodo, migliorando così le prestazioni della batteria a bassa temperatura.

In questo studio, quattro tipi di elettroliti di batterie LiFePO₄ con diversi contenuti di VC (3,0%, 3,2%, 3,5%, 3,8%) sono stati preparati e assemblati in celle a sacca. Il catodo utilizzava LiFePO₄ e l'anodo utilizzava grafite artificiale. Tutte le batterie sono state preparate nelle stesse condizioni di processo e sono state sottoposte a formazione e dispersione di capacità. Sono stati condotti test elettrochimici su ciascun gruppo di batterie a -30 gradi per confrontare sistematicamente gli indicatori chiave di prestazione come capacità di scarica a bassa temperatura, resistenza alla corrente continua (DCR), efficienza energetica e durata del ciclo.

1. Capacità di scarico a bassa-temperatura

Testando le curve CV della batteria in condizioni di bassa-temperatura e calcolando la capacità della batteria dall'area integrata delle curve CV.

Quando il contenuto VC è del 3,5%, la batteria mostra la massima capacità di scarica a -30 gradi (5,6 Ah), significativamente migliore rispetto ad altri gruppi (3,0%, 3,2% e 3,8% corrispondono rispettivamente a 4,6 Ah, 5,0 Ah e 5,0 Ah). Una quantità adeguata di VC può abbassare il punto di congelamento dell'elettrolita, aumentare la mobilità ionica e sopprimere la cristallizzazione del solvente, migliorando così le prestazioni di scarica a bassa temperatura.

2. Resistenza alla corrente continua (DCR)

I test DCR della batteria mostrano che quando il contenuto VC è del 3,5%, il DCR è più basso (0,76 mΩ), indicando una minore resistenza interfacciale e una maggiore efficienza di trasporto degli ioni di litio-. Un contenuto eccessivo di VC (ad esempio, 3,8%) porta ad un aumento del DCR, suggerendo che troppo VC può aumentare la resistenza alla reazione interfacciale.

3. Efficienza energetica a bassa-temperatura

Quando il contenuto VC è del 3,5%, la batteria mostra la massima efficienza energetica a -30 gradi (82,0%), superando altri gruppi (72,5%~79,0%). Ciò è attribuito al fatto che VC promuove la formazione di un film SEI stabile, riducendo le perdite di polarizzazione e migliorando l'efficienza di conversione energetica.

4. Ciclo di vita

Dopo 300 cicli, la batteria con contenuto VC del 3,5% mostra la massima ritenzione di capacità (97,5%), superando gli altri gruppi (90,0%~96,1%). VC può riparare dinamicamente i difetti della pellicola SEI durante il ciclo, inibire la decomposizione dell'elettrolita e la generazione di gas, prolungando così la durata del ciclo della batteria a basse temperature.

ACEY-BA3040-20apparecchiature per il test del ciclo della batteriaviene utilizzato per testare la durata, l'affidabilità, la capacità e altri parametri del pacco batteria attraverso test ciclici di carica e scarica.

• VC si riduce preferenzialmente sulla superficie dell'anodo di grafite prima delle molecole di solvente durante il processo iniziale di carica e scarica, formando un denso film SEI ricco di componenti inorganici come Li₂CO₃. Questa pellicola ha un coefficiente di diffusione degli ioni di litio- relativamente alto.

• Una quantità adeguata di VC può ottimizzare la struttura di solvatazione dell'elettrolita, ridurre la viscosità e migliorare la conduttività ionica a basse temperature.

• Un VC eccessivo può portare a una pellicola SEI eccessivamente spessa o a un aumento dell'impedenza, il che è effettivamente dannoso per il miglioramento delle prestazioni.

Sebbene l'articolo abbia condotto esperimenti confrontando diverse quantità di VC e eseguito alcuni test, identificando il contenuto ottimale di VC in questo esperimento, non includeva un gruppo di controllo senza VC. Pertanto, non si può concludere che l'aggiunta di VC migliori necessariamente le prestazioni della batteria.