Une petite quantité de matériaux de stockage non énergétiques utilisés dans les batteries lithium-ion peut considérablement améliorer certaines performances de la batterie, et ces petites quantités sont appelées additifs. Les additifs électrolytiques organiques ont les caractéristiques exceptionnelles de" faible dosage (généralement moins de 5% en volume ou rapport de masse) et effet rapide", qui peuvent améliorer considérablement certaines propriétés macroscopiques des batteries lithium-ion sans augmenter le coût de la batterie []. Les additifs doivent généralement avoir les caractéristiques suivantes:
(1) Une ou plusieurs performances de la batterie peuvent être améliorées avec moins d'utilisation;
(2) Il n'a aucun effet secondaire sur les performances de la batterie et ne provoque pas de réactions secondaires avec d'autres matériaux constituant la batterie;
(3) Il a une bonne compatibilité avec l'électrolyte organique, et il est préférable d'être facilement soluble dans le solvant;
(4) Le prix est relativement bas, pas de toxicité ou faible toxicité; à l'heure actuelle, la recherche d'additifs d'électrolyte de batterie au lithium-ion se concentre principalement sur les aspects suivants:
(1) Améliorer la stabilité du film SEI [7073);
(2) Améliorer les performances de sécurité de la batterie [4-70;
(3) contrôler la teneur en acide et en eau de l'électrolyte;
(4) Améliorer la conductivité de l'électrolyte [8-7 à.
1. Additifs pour améliorer la stabilité du film SEI des batteries lithium-ion
Le film SEl (Solid Electrolyte Interface), c'est-à-dire le film d'interface de phase d'électrolyte solide, est un film de passivation formé sur la surface de l'électrode négative de la batterie lithium-ion pour isoler l'électrolyte du matériau carbone / électrode négative au lithium. Le film SEl est formé pendant le cycle initial de la batterie lithium-ion. Sous un certain potentiel, à l'interface électrode négative / électrolyte, les molécules de solvant organique, les anions de sel de lithium, les impuretés et les additifs subissent une décomposition réductrice pour former des substances insolubles et se déposent à la surface de l'électrode.
Les additifs filmogènes sont divisés en additifs filmogènes organiques et en additifs filmogènes inorganiques.
Les additifs organiques filmogènes comprennent les additifs sulfites, les additifs sous-alun et les additifs sulfonates.
Les additifs sulfites couramment utilisés comprennent le sulfite de vinyle (ES), le sulfite de propylène (PS), le diméthylsulfite (DMS), le diéthylsulfite (DES), etc. 18]. Les principaux composants du film SEI formé par la réduction et la décomposition d'additifs sulfites à la surface de l'électrode en carbone négatif sont les sels inorganiques LizS, LizSO; ou LiuSO, et les sels organiques ROSO2Lil81]. La composition spécifique est également liée à la densité de courant. Sous une densité de courant élevée, du sel de lithium inorganique est d'abord généré.
Le composant sel de lithium organique n'apparaît qu'en dessous de 0,5 V; à faible densité de courant, le sel de lithium organique précipite à 1,5 V, puis aucun sel inorganique ne se forme. La résistance du film de différents additifs sulfites à l'interface de l'anode en carbone est ES> PS2DMS> DES.
Les additifs de substance 28 comprennent le diméthylsulfate (DMSO), le butylsubin, l'éthylméthylsubin (EMS), le cyclopropylsulfate (TriMS), le 1-méthylcyclopropylsulfate (MTS), le sulfite d'éthyle (EsBS), l'éthylisobutylsulfite (EiPS) et 3,3,3-trifluoropropylméthyl sulfite (FPMS), etc.
2. Additifs pour améliorer les performances de sécurité des batteries lithium-ion
Les questions de sécurité sont une condition préalable importante à l'innovation du marché des batteries lithium-ion, en particulier les applications dans les véhicules électriques et d'autres domaines présentent des exigences de plus en plus élevées en matière de sécurité des batteries. Les batteries secondaires au lithium-ion émettent beaucoup de chaleur lorsqu'elles sont surchargées et déchargées, court-circuitées et fonctionnent longtemps avec des courants importants. Cette chaleur devient un danger pour la sécurité des électrolytes inflammables, ce qui peut provoquer une panne thermique catastrophique (emballement thermique) ou même une explosion de la batterie [8]. L'ajout d'additifs ignifuges peut transformer l'électrolyte organique inflammable en un électrolyte ininflammable ou ininflammable, réduire la valeur de dégagement de chaleur et le taux d'auto-échauffement de la batterie, et également augmenter la stabilité thermique du l'électrolyte lui-même pour éviter la surchauffe de la batterie. Brûlure ou explosion sous.
3. Additifs pour contrôler la teneur en acide et en eau dans l'électrolyte des batteries lithium-ion
Les traces d'eau et de HF dans l'électrolyte organique ont un certain effet sur la formation de l'excellent film SEl, qui peut être vu à partir de la réaction de solvants tels que EC et PC à l'interface d'électrode. Mais une teneur trop élevée en eau et en acide (HF) ne conduira pas seulement au LiPF. Décomposition, et détruira le film SEI [8]. Lorsque AlbO3, MgO, Bao et des carbonates de lithium ou de calcium sont ajoutés comme additifs à l'électrolyte, ils réagiront avec une petite quantité de HF dans l'électrolyte, réduiront la teneur en HF et éviteront d'endommager l'électrode et de décomposer le LiPF6. la catalyse de l'électrolyte améliore la stabilité de l'électrolyte, améliorant ainsi les performances de la batterie. Cependant, ces substances sont lentes à éliminer le HF, il est donc difficile d'empêcher HF d'endommager les performances de la batterie. Bien que certains composés d'anhydride d'acide puissent éliminer rapidement le HF, ils produiront également d'autres substances acides qui endommagent les performances de la batterie. Les composés alcane diimine peuvent former de faibles liaisons hydrogène avec les molécules d'eau à travers des atomes d'hydrogène dans la molécule, empêchant ainsi l'eau et le LiPF. La réaction produit du HF.
4. Additifs conducteurs
La conductivité élevée de l'électrolyte est une garantie importante pour réduire la résistance à la migration de Lit et améliorer les performances de charge et de décharge de la batterie. Le rôle de l'additif conducteur est que la molécule d'additif et l'ion électrolyte subissent une réaction de coordination pour favoriser la dissolution et l'ionisation du sel de lithium, réduire le rayon de solvatation de l'ion lithium solvaté et empêcher la co-intercalation du solvant d'endommager le électrode. Selon son interaction avec les ions électrolytes dans l'électrolyte, il peut être divisé en type d'interaction cationique (ligand cationique), type d'interaction anionique (ligand anionique) et type d'interaction ion électrolyte (ligand yle neutre).
5. Additifs pour améliorer les performances à basse température
Les performances à basse température sont l'un des facteurs importants pour élargir la gamme d'utilisation des batteries lithium-ion, et c'est également un incontournable de la technologie aérospatiale actuelle. Le N, N-diméthyltrifluoroacétamide a une faible viscosité (1,09 mPa-s, 25 ℃), un point d'ébullition élevé (135 ℃) et un point d'éclair (72 ℃). Il a une bonne capacité filmogène à la surface du graphite. L'électrode positive a également une bonne stabilité à l'oxydation et la batterie assemblée a d'excellentes performances de cycle à basses températures. Les borures organiques et les carbonates contenant du fluor sont également propices à l'amélioration des performances de la batterie à basse température.
6. Additifs multifonctionnels
Les additifs qui ont deux fonctions ou plus à la fois sont appelés additifs multifonctionnels. Les additifs multifonctionnels sont des additifs idéaux pour les batteries lithium-ion. Ils peuvent améliorer les performances des électrolytes de nombreuses manières et jouer un rôle de premier plan dans l'amélioration des performances électrochimiques globales des batteries lithium-ion. Ils deviennent la principale direction de la recherche et du développement d'additifs à l'avenir.
En fait, certains des additifs existants sont eux-mêmes des additifs multifonctionnels. Tels que 12-couronne-4 éther / 8] Après avoir ajouté du solvant PC, tout en améliorant la conductivité du Li lui-même, l'effet électrophile du ligand couronne sur la surface de l'électrode réduit considérablement la possibilité de réaction du Li avec les molécules de solvant à l'interface d'électrode . L'effet de solvatation préférentiel de l'éther couronne sur Li inhibe la co-insertion des molécules PC, et la membrane SEI de l'interface d'électrolyse est optimisée, ce qui réduit la première perte de capacité irréversible de l'électrode. De plus, les solvants organiques fluorés, les esters de phosphate halogénés tels que BTE et TTFP, etc. ajoutés à l'électrolyte aident non seulement à former un excellent film SEl, mais ont également un effet ignifuge certain voire évident sur l'électrolyte, ce qui améliore de nombreux aspects de la batterie. performance.
